Συναντώντας τον Ποσειδώνα το 1989, η αποστολή Voyager της NASA ολοκλήρωσε την πρώτη κοντινή εξερεύνηση της ανθρωπότητας στους τέσσερις γιγάντιους εξωτερικούς πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος.
Συλλογικά, από την εκτόξευσή τους το 1977, τα δίδυμα διαστημόπλοια Voyager 1 και Voyager 2 ανακάλυψαν ότι ο Δίας, ο Κρόνος, ο Ουρανός και ο Ποσειδώνας ήταν πολύ πιο περίπλοκοι από ό,τι είχαν φανταστεί οι επιστήμονες. Υπήρχαν πολλά ακόμα να μάθουμε.
Ένα πρόγραμμα παρατήρησης του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble της NASA που ονομάζεται OPAL (Outer Planet Atmospheres Legacy) λαμβάνει μακροπρόθεσμες βασικές παρατηρήσεις του Δία, του Κρόνου, του Ουρανού και του Ποσειδώνα προκειμένου να κατανοήσει την ατμοσφαιρική δυναμική και την εξέλιξή τους.
«Τα Voyagers δεν σας λένε ολόκληρη την ιστορία», είπε η Έιμι Σάιμον του Κέντρου Διαστημικών Πτήσεων Γκόνταρντ της NASA στο Γκρίνμπελτ του Μέριλαντ, η οποία διεξήγαγε παρατηρήσεις γιγάντιων πλανητών με το OPAL.
Η ευκρίνεια της εικόνας του Hubble είναι συγκρίσιμη με τις απόψεις του Voyager καθώς πλησίαζαν τους εξωτερικούς πλανήτες και το Hubble εκτείνεται σε μήκη κύματος από το υπεριώδες έως το κοντινό υπέρυθρο φως. Το Hubble είναι το μόνο τηλεσκόπιο που μπορεί να παρέχει υψηλή χωρική ανάλυση και σταθερότητα εικόνας για παγκόσμιες μελέτες χρωματισμού νεφών, δραστηριότητας και ατμοσφαιρικής κίνησης σε σταθερή χρονική βάση, ώστε να συμβάλει στον περιορισμό της υποκείμενης μηχανικής των καιρικών και κλιματικών συστημάτων.
NASA, ESA, Amy Simon (NASA-GSFC), Michael H. Wong (UC Berkeley); Επεξεργασία εικόνας: Joseph DePasquale (STScI)
Και οι τέσσερις εξωτερικοί πλανήτες έχουν βαθιές ατμόσφαιρες και χωρίς στερεές επιφάνειες. Οι συγκλονιστικές ατμόσφαιρές τους έχουν τα δικά τους μοναδικά καιρικά συστήματα, μερικά με πολύχρωμες ζώνες από πολύχρωμα σύννεφα και με μυστηριώδεις, μεγάλες καταιγίδες που ξεπροβάλλουν ή παραμένουν για πολλά χρόνια. Κάθε εξωτερικός πλανήτης έχει επίσης εποχές που διαρκούν πολλά χρόνια. (Οι υπέρυθρες δυνατότητες του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb θα χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση βαθιά στις ατμόσφαιρες των εξωτερικών πλανητών για να συμπληρώσουν τις παρατηρήσεις OPAL.)
Η παρακολούθηση της περίπλοκης συμπεριφοράς είναι παρόμοια με την κατανόηση του δυναμικού καιρού της Γης όπως ακολουθήθηκε επί πολλά χρόνια, καθώς και της επιρροής του Ήλιου στον καιρό του ηλιακού συστήματος. Οι τέσσερις μακρινοί κόσμοι χρησιμεύουν επίσης ως πληρεξούσιοι για την κατανόηση του καιρού και του κλίματος σε παρόμοιους πλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από άλλα αστέρια.
Οι πλανητολόγοι συνειδητοποίησαν ότι τα δεδομένα ενός έτους από το Hubble, αν και από μόνα τους ενδιαφέροντα, δεν λένε την πλήρη ιστορία των εξωτερικών πλανητών. Το πρόγραμμα OPAL του Hubble παρατηρεί τακτικά τους πλανήτες μία φορά το χρόνο όταν είναι πιο κοντά στη Γη.
“Επειδή το OPAL εκτείνεται τώρα σε 10 χρόνια και μετράει, η βάση δεδομένων μας με τις πλανητικές παρατηρήσεις αυξάνεται συνεχώς. Αυτή η μακροζωία επιτρέπει τυχαίες ανακαλύψεις, αλλά και για την παρακολούθηση μακροπρόθεσμων ατμοσφαιρικών αλλαγών καθώς οι πλανήτες περιφέρονται γύρω από τον Ήλιο. Η επιστημονική αξία αυτών των δεδομένων υπογραμμίζεται από τις περισσότερες από 60 δημοσιεύσεις μέχρι σήμερα που περιλαμβάνουν δεδομένα OPAL», είπε ο Simon.
Αυτή η ανταμοιβή εξακολουθεί να είναι ένα τεράστιο αρχείο δεδομένων που οδήγησε σε μια σειρά από αξιοσημείωτες ανακαλύψεις που θα μοιραστούν με πλανητικούς αστρονόμους σε όλο τον κόσμο. “Το OPAL συνδέεται επίσης με άλλα πλανητικά προγράμματα που βασίζονται στο έδαφος και στο διάστημα. Πολλά έγγραφα από άλλα παρατηρητήρια και διαστημικές αποστολές αντλούν δεδομένα Hubble από το OPAL για το πλαίσιο”, δήλωσε ο Simon.
Η δεκαετία της ανακάλυψης της ομάδας στο πλαίσιο του προγράμματος OPAL του Hubble παρουσιάζεται στη συνάντηση του Δεκεμβρίου της Αμερικανικής Γεωφυσικής Ένωσης στην Ουάσιγκτον, D.C.
Οι ζώνες νεφών του Δία παρουσιάζουν ένα διαρκώς μεταβαλλόμενο καλειδοσκόπιο σχημάτων και χρωμάτων. Υπάρχει πάντα θυελλώδης καιρός στον Δία: κυκλώνες, αντικυκλώνες, διάτμηση ανέμου και η μεγαλύτερη καταιγίδα στο ηλιακό σύστημα, η Μεγάλη Ερυθρά Κηλίδα (GRS). Ο Δίας καλύπτεται με σε μεγάλο βαθμό σύννεφα παγοκρυστάλλων αμμωνίας στην κορυφή μιας ατμόσφαιρας βάθους δεκάδων χιλιάδων μιλίων.
Οι ευκρινείς εικόνες του Hubble παρακολουθούν τα σύννεφα και μετρούν τους ανέμους, τις καταιγίδες και τις δίνες, εκτός από την παρακολούθηση του μεγέθους, του σχήματος και της συμπεριφοράς του GRS. Το Hubble ακολουθεί καθώς το GRS συνεχίζει να συρρικνώνεται σε μέγεθος και οι άνεμοι του επιταχύνονται. Τα δεδομένα του OPAL μέτρησαν πρόσφατα πόσο συχνά εμφανίζονταν μυστηριώδη σκούρα οβάλ – ορατά μόνο σε υπεριώδη μήκη κύματος – στις «πολικές κουκούλες» της στρατοσφαιρικής ομίχλης. Σε αντίθεση με τη Γη, ο Δίας έχει μόνο κλίση τρεις μοίρες στον άξονά του (η Γη είναι 23,5 μοίρες). Μπορεί να μην αναμένονται εποχιακές αλλαγές, εκτός από το ότι η απόσταση του Δία από τον Ήλιο ποικίλλει κατά περίπου 5% στη διάρκεια της 12ετούς τροχιάς του, και έτσι το OPAL παρακολουθεί στενά την ατμόσφαιρα για εποχιακά φαινόμενα. Ένα άλλο πλεονέκτημα του Hubble είναι ότι τα επίγεια παρατηρητήρια δεν μπορούν να βλέπουν συνεχώς τον Δία για δύο περιστροφές του Δία, επειδή αυτό αθροίζει έως και 20 ώρες. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, ένα παρατηρητήριο στο έδαφος θα είχε περάσει τη μέρα και ο Δίας δεν θα ήταν πλέον ορατός μέχρι το επόμενο βράδυ.
Ο Κρόνος χρειάζεται περισσότερα από 29 χρόνια για να περιστραφεί σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο, και έτσι η OPAL τον ακολουθεί για περίπου ένα τέταρτο του Κρονικού έτους (αναφέρεται το 2018, μετά το τέλος της αποστολής Cassini). Επειδή ο Κρόνος έχει κλίση 26,7 μοίρες, περνά από πιο βαθιές εποχιακές αλλαγές από τον Δία. Οι εποχές του Κρόνου διαρκούν περίπου επτά χρόνια. Αυτό σημαίνει επίσης ότι το Hubble μπορεί να δει το εντυπωσιακό σύστημα δακτυλίων από μια λοξή γωνία σχεδόν 30 μοιρών για να δει τους δακτυλίους να γέρνουν από την άκρη. Στην άκρη, οι δακτύλιοι σχεδόν εξαφανίζονται επειδή είναι σχετικά λεπτοί σε χαρτί. Αυτό θα συμβεί ξανά το 2025.
Αυτή είναι μια σειρά εικόνων από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble του πλανήτη Κρόνου που λήφθηκαν από το 2018 έως το 2024. Αυτή η ακολουθία δείχνει πώς η κλίση του υπέροχου συστήματος δακτυλίων αλλάζει σε σχέση με τη θέα από τη Γη, καθώς ο Κρόνος περιστρέφεται γύρω από τον Ήλιο. Περίπου κάθε 15 χρόνια οι σχετικά λεπτοί σε χαρτί δακτύλιοι (πάχους περίπου ένα μίλι) μπορούν να φανούν στην άκρη. Το 2018 ήταν κοντά στη μέγιστη κλίση τους προς τη Γη. Αυτές οι εικόνες τραβήχτηκαν στο πλαίσιο ενός προγράμματος Hubble που ονομάζεται OPAL (Outer Planet Atmospheres Legacy).
Το OPAL ακολούθησε αλλαγές στα χρώματα της ατμόσφαιρας του Κρόνου. Το διαφορετικό χρώμα εντοπίστηκε για πρώτη φορά από το τροχιακό Cassini, αλλά το Hubble παρέχει μια μεγαλύτερη γραμμή βάσης. Το Hubble αποκάλυψε ελαφρές αλλαγές από έτος σε έτος στο χρώμα, που πιθανώς προκαλούνται από το ύψος των σύννεφων και τους ανέμους. Οι παρατηρούμενες αλλαγές είναι ανεπαίσθητες επειδή το OPAL έχει καλύψει μόνο ένα κλάσμα ενός Κρόνου έτους. Μεγάλες αλλαγές συμβαίνουν όταν ο Κρόνος προχωρά στην επόμενη σεζόν.
Οι μυστηριωδώς σκοτεινές ακτίνες του δακτυλίου του Κρόνου, που κόβονται σε φέτες στο επίπεδο του δακτυλίου, είναι παροδικά χαρακτηριστικά που περιστρέφονται μαζί με τους δακτυλίους. Η απόκοσμη εμφάνισή τους επιμένει μόνο για δύο ή τρεις περιστροφές γύρω από τον Κρόνο. Κατά τη διάρκεια των ενεργών περιόδων, οι φρεσκοδιαμορφωμένες ακτίνες προστίθενται συνεχώς στο σχέδιο. Τους είδαν για πρώτη φορά το 1981 από το Voyager 2. Το Cassini είδε επίσης τις ακτίνες κατά τη διάρκεια της 13χρονης αποστολής του, η οποία ολοκληρώθηκε το 2017. Το Hubble δείχνει ότι η συχνότητα των εμφανίσεων ακτίνων καθοδηγείται από την εποχή, και εμφανίστηκε για πρώτη φορά στα δεδομένα OPAL το 2021. -Η παρακολούθηση του όρου δείχνει ότι τόσο ο αριθμός όσο και η αντίθεση των ακτίνων ποικίλλουν ανάλογα με τις εποχές του Κρόνου.
ΟΥΡΑΝΟΣ
Ο Ουρανός έχει κλίση στο πλάι του έτσι ώστε ο άξονας περιστροφής του να βρίσκεται σχεδόν στο επίπεδο της τροχιάς του πλανήτη. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ο πλανήτης να περνά από ριζικές εποχιακές αλλαγές κατά μήκος του 84χρονου οδοιπορικού γύρω από τον Ήλιο. Η συνέπεια της κλίσης του πλανήτη σημαίνει ότι μέρος ενός ημισφαιρίου είναι εντελώς χωρίς ηλιακό φως, για χρονικά διαστήματα που διαρκούν έως και 42 χρόνια. Το OPAL ακολούθησε τον βόρειο πόλο και τώρα γέρνει προς τον Ήλιο.
Με το OPAL, το Hubble απεικόνισε για πρώτη φορά τον Ουρανό μετά την εαρινή ισημερία, όταν ο Ήλιος έλαμπε για τελευταία φορά απευθείας πάνω από τον ισημερινό του πλανήτη. Το Hubble επέλυσε πολλαπλές καταιγίδες με σύννεφα κρυστάλλων πάγου μεθανίου να εμφανίζονται στα μεσαία βόρεια γεωγραφικά πλάτη καθώς το καλοκαίρι πλησιάζει στον βόρειο πόλο. Ο βόρειος πόλος του Ουρανού έχει τώρα μια πυκνή φωτοχημική ομίχλη με αρκετές μικρές καταιγίδες κοντά στην άκρη του ορίου. Το Hubble παρακολουθεί το μέγεθος του πώματος του βόρειου πόλου και συνεχίζει να γίνεται όλο και πιο φωτεινό χρόνο με το χρόνο. Καθώς πλησιάζει το βόρειο θερινό ηλιοστάσιο το 2028, το καπάκι μπορεί να γίνει ακόμα πιο φωτεινό και θα κατευθύνεται απευθείας προς τη Γη, επιτρέποντας καλή θέα των δακτυλίων και του βόρειου πόλου. Το σύστημα δακτυλίου θα εμφανιστεί στη συνέχεια πρόσωπο με πρόσωπο. Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο ο Ουρανός αλλάζει με την πάροδο του χρόνου θα βοηθήσει στον σχεδιασμό της αποστολής για το προτεινόμενο Orbiter και Probe Uranus της NASA.
ΠΟΣΕΙΔΩΝΑΣ
Όταν το Voyager 2 πέταξε δίπλα στον Ποσειδώνα το 1989, οι αστρονόμοι παραξενεύτηκαν από ένα μεγάλο σκοτεινό σημείο στο μέγεθος του Ατλαντικού Ωκεανού που διαφαινόταν στην ατμόσφαιρα. Ήταν μακρόβιο όπως η Μεγάλη Ερυθρά Κηλίδα του Δία; Το ερώτημα παρέμεινε αναπάντητο έως ότου το Hubble μπόρεσε να δείξει το 1994 ότι τέτοιες σκοτεινές καταιγίδες ήταν παροδικές, εμφανίζονταν και στη συνέχεια εξαφανίζονταν σε διάστημα δύο έως έξι ετών η καθεμία. Κατά τη διάρκεια του προγράμματος OPAL, το Hubble είδε το τέλος ενός σκοτεινού σημείου και τον πλήρη κύκλο ζωής ενός δεύτερου – και οι δύο μεταναστεύουν προς τον ισημερινό πριν διαλυθούν. Το πρόγραμμα OPAL διασφαλίζει ότι οι αστρονόμοι δεν θα χάσουν άλλο ένα.
Οι παρατηρήσεις του Hubble αποκάλυψαν μια σύνδεση μεταξύ της αφθονίας των μεταβαλλόμενων νεφών του Ποσειδώνα και του 11ετούς ηλιακού κύκλου. Η σύνδεση μεταξύ του Ποσειδώνα και της ηλιακής δραστηριότητας προκαλεί έκπληξη στους πλανητικούς επιστήμονες επειδή ο Ποσειδώνας είναι ο πιο απομακρυσμένος μεγάλος πλανήτης του ηλιακού μας συστήματος. Λαμβάνει μόνο περίπου το 1/1000 του ηλιακού φωτός από τη Γη. Ωστόσο, ο παγκόσμιος συννεφιασμένος καιρός του Ποσειδώνα φαίνεται να επηρεάζεται από την ηλιακή δραστηριότητα. Παίζουν ρόλο και οι εποχές του πλανήτη;
Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble λειτουργεί για πάνω από τρεις δεκαετίες και συνεχίζει να κάνει πρωτοποριακές ανακαλύψεις που διαμορφώνουν τη θεμελιώδη κατανόησή μας για το σύμπαν. Το Hubble είναι ένα έργο διεθνούς συνεργασίας μεταξύ της NASA και της ESA (Ευρωπαϊκή Διαστημική Υπηρεσία). Το Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Goddard της NASA στο Greenbelt του Μέριλαντ, διαχειρίζεται τις επιχειρήσεις τηλεσκοπίου και αποστολής. Η Lockheed Martin Space, με έδρα το Ντένβερ, υποστηρίζει επίσης αποστολές στο Goddard. Το Επιστημονικό Ινστιτούτο του Διαστημικού Τηλεσκοπίου στη Βαλτιμόρη, το οποίο λειτουργεί από την Ένωση Πανεπιστημίων για Έρευνα στην Αστρονομία, διεξάγει επιστημονικές επιχειρήσεις Hubble για τη NASA.
πηγή: Nasa.gov
