De wolken op Neptunus komen en gaan, maar waarom dat gebeurt, was tot nu toe een raadsel. Astronomen hebben nu ontdekt dat de elfjarige cyclus van de zon er iets mee te maken heeft.
Elke ongeveer elf jaar keert de polariteit van de magnetische velden van de zon om. Dat gaat gepaard met hevige zonnevlammen en een toename van het aantal zonnevlekken. Op het moment dat de activiteit piekt, storten de magnetische velden in en draaien de polen om. Dan komt de zon weer tot rust om uiteindelijk weer aan een nieuwe cyclus te beginnen.
Heel ver van de zon
Dat dit invloed heeft op de wolken van Neptunus, is opmerkelijk, omdat de planeet zo ongelooflijk ver van de zon af staat. Slechts 0,1 procent van het zonlicht dat de Aarde bereikt, komt op Neptunus aan. En toch worden de wolken op de planeet beïnvloed door zonneactiviteit en niet door de vier seizoenen, die ieder zo’n veertig jaar duren op Neptunus.
De ontdekking ging niet over één nacht ijs: de Hubble, NASA’s beroemde ruimtetelescoop, heeft Neptunus zeker dertig jaar geobserveerd. Daarnaast zijn er data van het W. M. Keck Observatory in Hawai gebruikt plus observaties van het Lick Observatory in Californië.
Wolken weg
Daardoor zagen de astronomen in 2019 de wolken vrij plotseling wegtrekken. “Ik was verbaasd hoe snel wolken verdwijnen op Neptunus”, zegt Imke de Pater, emerita professor aan UC Berkeley. “We zagen binnen een paar maanden de wolkenactiviteit inzakken.” En die wolken keerden niet zomaar terug. “Zelfs nu nog, vier jaar later, zien we op de meest recente beelden van afgelopen juni dat de wolken nog niet op hun oude niveau zijn”, vertelt onderzoeker Erandi Chavez. “Dit is extreem spannend en onverwacht, zeker omdat de vorige periode waarin er weinig wolken waren op Neptunus lang niet zo heftig was en veel korter duurde.”
Woest weer
De beelden van onder meer de Hubble onthullen een intrigerend wolkenpatroon gebaseerd op de seizoenen en de zonnecyclus. Als het woest weer is op de zon stroomt er meer intense uv-straling het zonnestelsel in. De onderzoekers ontdekten dat twee jaar na de piek van de zonnecyclus het aantal wolken op Neptunus toeneemt. Ook bleek er een link tussen het aantal wolken en de helderheid van de ijsreus door het zonlicht dat op de planeet reflecteert.
“Deze opmerkelijke data leveren het sterkste bewijs tot nu toe dat de dikte van het wolkendek op Neptunus samenhangt met de zonnecyclus”, zegt De Pater. “Onze bevindingen ondersteunen de theorie dat de uv-straling van de zon, als die maar sterk genoeg is, een fotochemische reactie in gang kan zetten, waardoor wolken ontstaan op de planeet.”
Vertraging
Aangezien een zonnecyclus elf jaar duurt, waren de wetenschappers wel even bezig om een verband aan te tonen met de wolken op Neptunus. Ze volgden gedurende 29 jaar 2,5 cyclus aan wolkenactiviteit. In deze periode nam de helderheid van de planeet toe in 2002 en dimde weer in 2007. De planeet werd weer helder in 2015 en donkerder in 2020, toen het aantal wolken een dieptepunt bereikte.
De helderheid van Neptunus, die wordt veroorzaakt door de zon, lijkt in dezelfde mate toe- en af te nemen als de wolken op de planeet, al zit er wel enige vertraging in: de piek van de zonnecyclus komt twee jaar voor de piek van het wolkendek op Neptunus. Dat komt doordat er een fotochemische reactie plaatsvindt in de bovenste laag van de atmosfeer van Neptunus en het duurt even voor er dan wolken worden gevormd.
Nog veel te leren
“Het is fascinerend dat we telescopen op Aarde kunnen gebruiken om het klimaat te bestuderen van een wereld die miljarden kilometers bij ons vandaan is”, zegt astronoom van het Keck Observatory, Carlos Alvarez. “Technologische vooruitgang en betere observatiemogelijkheden hebben ervoor gezorgd dat we betere modellen konden maken van de atmosfeer van Neptunus. Die waren cruciaal om de correlatie te begrijpen tussen het klimaat van de ijsreus en de zonnecyclus.”
Maar de astronomen begrijpen nog lang niet alles. Zo kan een toename van de uv-straling van de zon meer wolken produceren, maar ze ook donkerder maken en zo de helderheid van Neptunus juist verminderen. Stormen op Neptunus hebben ook invloed op het wolkendek maar zijn niet gerelateerd aan fotochemisch geproduceerde wolken. Die kunnen daardoor correlatiestudies met de zonnecyclus compliceren. Ook zijn er nog meer observatie van Neptunus nodig om te zien hoe lang de huidige bijna afwezigheid van wolken duurt.
Neptunus versus exoplaneten
“We hebben al meer wolken gezien op de meest recente Keck-beelden, die in dezelfde tijd zijn gemaakt als waarin de James Webb-telescoop de planeet observeerde. Deze wolken zijn vooral waargenomen op noordelijke breedtegraden en op grote hoogte, precies zoals verwacht na de geobserveerde toename van uv-straling in de afgelopen twee jaar”, zegt De Pater.
De gecombineerde data van de Hubble, James Web en de twee observatoria op Aarde zullen ook in de toekomst nog veel nieuwe info opleveren over het dynamische bestaan van de planeet. Zo leren we niet alleen Neptunus beter begrijpen, maar mogelijk ook verre exoplaneten, aangezien er waarschijnlijk vele zijn die op Neptunus lijken.
