Почему Нептун остывал 15 лет подряд, хотя должен нагреваться?

Несмотря на удаленность от Солнца, Нептун обладает очень динамичной атмосферой, а метеорологические явления на этой планете развиваются с удивительно большой скоростью. При сильных зональных ветрах в Солнечной системе самые высокие облака Нептуна формируются настолько быстро, что внешний вид планеты может резко измениться в течение нескольких дней.

Также за время наблюдений астрономы выявили необычные тенденции в облачном покрове Нептуна, например, появление долгоживущих облаков и темных вихрей. 

Вся эта относительно быстрая изменчивость происходит на фоне 165-летнего орбитального периода Нептуна, который, в теории, напротив, должен медленно модулировать температуру стратосферы и химический состав в течение нескольких десятилетий, учитывая наклон оси планеты. 

Исследование стратосферы Нептуна началось только в 2003 году, ранее это было технически невозможно. Планета находится на расстоянии 4,5 миллиарда километров от Земли, из-за чего у нее маленький угловой диаметр наблюдений. К тому же температура Нептуна в среднем составляет –220 °C. По этим причинам изучение стало возможным только с появлением гигантских телескопов, например, Очень большого телескопа (VLT).

Один сезон на Нептуне длится примерно 40 лет, но пока что ученым с Земли удалось наблюдать лето в Южном полушарии планеты с 2003 по 2020 год. Это составило примерно 1/9 всего цикла смены сезонов, причем на 2005 год пришлось важное астрономическое событие – летнее солнцестояние. 

Результаты долгосрочных наблюдений были опубликованы в статье в The Planetary Science Journal. В ней представлен анализ всех доступных в настоящее время изображений Нептуна в среднем инфракрасном диапазоне с длиной волны 8-25 мкм. 

Это около 100 снимков, созданных между 2003 и 2020 годами при помощи Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории в Чили и телескопа «Субару» Национальной астрономической обсерватории Японии. Также были задействованы даные с телескопов «Джемини» и «Спитцер».  

На изображениях отчетливо видны постепенные перемены в излучении Нептуна. По сути на всех снимках отображается состояние стратосферы планеты, так как земное оборудование чувствительно к стратосферному этану (длина волны около 12 мкм), метану (примерно 8 мкм) и изотопу метана CH3D (около 9 мкм).

Ученые также сравнили эти спектры со спектрами водородного квадруполя H2S(1) с длиной волны примерно 17,035 мкм, и это позволило предположить, что изменения в первую очередь связаны с температурой стратосферы.

С 2003 по 2009 год стратосфера охладилась на 8 °C, затем между 2018 и 2020 годами последовало стремительное потепление на Южном полюсе – на целых 11 °C. А вот температура в верхних слоях тропосферы все это время оставалась неизменной. На Нептуне существует полярная ячейка, также называемая полярным вихрем – циркуляция атмосферы над поверхностью планеты в районе Южного полюса. Но за все время наблюдений за ней ученые не сталкивались с таким быстрым потеплением.

В целом, все эти данные убедительно доказывают, что в стратосфере Нептуна существуют субсезонные колебания как в глобальном, так и в региональном масштабе.

Пока что ученые затрудняются в точном определении причин изменений температуры на Нептуне. Это могут быть перемены в химическом составе стратосферы, смена погоды или солнечный цикл. Для понимания этого явления потребуются дальнейшие наблюдения с помощью больших наземных телескопов.