Ovaj maratonski tekst je zasad posljednji, vrlo slikoviti članak s NASA-inog sajta Svemirskog teleskopa Hubble.

 

---

Priredio i prilagodio:  Zoran Knez AstroMosor

HUBBLE OBILJEŽAVA DESETLJEĆE PRAĆENJA VANJSKIH PLANETA

Susrevši 1989. g. Neptun, NASA-ina svemirska letjelica Voyager 2 je okončala prvo istraživanje četiri divovska vanjska planeta Sunčevog sustava koje je ljudski rod poduzeo tamo, na licu mjesta. Međusobno jednake sonde Voyager 1 i Voyager 2 su zajedničkim snagama otkrile da su Jupiter, Saturn, Uran i Neptun puno složeniji no što su to znanstvenici ranije zamišljali. Pokazali su da se o tim planetima ima još puno toga za naučiti.

"Voyageri nam nisu ispričali cijelu priču", kaže Amy Simon, znanstvenica iz NASA-inog Centra za svemirske letove Goddard, u Greenbeltu (am. sav. drž. Maryland), koja je vodila promatranja divovskih planeta u programu OPAL (Outer Planet Atmospheres Legacy).

Jasnoća Hubbleovih fotografija usporediva je s onima koje su posjedovale slike što su ih slali Voyageri približavajući se vanjskim planetima, a Hubble usto vidi u širem rasponu valnih duljina, od ultraljubičastih do bliskoinfracrvenih. Hubble je jedini teleskop koji može pružiti visoku prostornu razlučivost i stabilnost slike koje su potrebne za globalno i kontinuirano proučavanje obojenosti, aktivnosti i gibanja oblakâ kroz atmosfere (na tim planetima). On time omogućuje da se ograniče mogući mehanizmi koji stoje iza meteoroloških pojava i klime na velikim planetima.

Sva četiri vanjska planeta imaju duboke atmosfere, bez čvrste površine. Njihove ključajuće atmosfere posjeduju jedinstvene meteorološke sustave, od kojih neki tvore šarene oblačne pojase, s ogromnim tajanstvenim olujama koje mogu ili naglo nastati i brzo nestati, ili se, pak, godinama zadržavati u atmosferi. Svaki od tih planeta ima i godišnja doba koja potraju puno godina. (Promatranja koja se provode u okviru OPAL-a će biti nadopunjavana opservacijama što će ih Svemirski teleskop James Webb obavljati u infracrvenom području.)

Praćenje toga složenog ponašanja (atmosferâ vanjskih planeta) je nalik nastojanju da shvatimo dinamiku meteorologije na Zemlji tako što je pratimo kroz dugo vremensko razdoblje. Time nastojimo i doznati kako Sunce utječe na vremenske prilike diljem Sunčevog sustava. Četiri daleka svijeta služe i kao laboratoriji kojima nastojimo razumjeti vrijeme i klimu na sličnim planetima koji orbitiraju oko drugih zvijezda.

Planetolozi su uvidjeli da Hubbleovi podaci prikupljeni u godinu dana, ma koliko da su zanimljivi, ne kazuju cijelu priču o tim vanjskim planetima. Program OPAL stoga promatra Hubbleom te planete jednom godišnje, uvijek kada se oni nađu najbliže Zemlji.

"Kako OPAL sada pokriva 10 godina i kako još uvijek traje, naša baza podataka o vanjskim planetima neprestano raste. Ta dugovječnost projekta omogućuje i nasumična otkrića, i praćenje dugotrajnih atmosferskih promjena do kojih dolazi tijekom orbitiranja planetâ oko Sunca. Znanstvena vrijednost tih podataka je istaknuta činjenicom da je dosad objavljeno više od 60 znanstvenih radova koji su se oslanjali na OPAL-ove podatke", kaže Simon.

Ishod toga nastojanja je ogromni arhiv podataka koji je dostupan svim astronomima diljem svijeta i koji je već polučio niz značajnih otkrića. "OPAL surađuje s drugim programima promatranja planeta instrumentima na tlu i u svemiru. Mnogi od radova koji se temelje na podacima dobivenima drugim opservatorijima i svemirskim letjelicama posežu i za Hubbleovim podacima iz programa OPAL, a kako bi dobili odgovarajući kontekst", zaključuje Simon.

Desetljeće otkrića do kojih je doveo Hubbleov program OPAL se upravo predstavlja znanstvenoj javnosti na sastanku Američkog geofizičkog saveza, koji se ovog prosinca održava u Washingtonu.

______

IZBOR

Jupiter

Jupiterovi oblačni pojasi tvore kaleidoskop oblika i boja koji se neprestano mijenjaju. Na tome je planetu vrijeme uvijek olujno: ciklone, anticiklone, mlazne struje i najveća oluja u Sunčevom sustavu, Velika crvena pjega! Jupiterova atmosfera, duboka desetke tisuća kilometara, prekrivena je oblacima sazdanima pretežno od kristala amonijaka.

Hubbleove oštre slike prate oblake i mjere brzine tamošnjih vjetrova, promatraju oluje i zračne vrtloge, a pored toga i nadziru veličinu, oblik i ponašanje Velike crvene pjege. Hubble prati smanjivanje Velike crvene pjege i mjeri povećavanje brzine vjetrova u njoj. OPAL-ovi podaci su nedavno dali izmjeru učestalosti pojavljivanja tajanstvenih tamnih ovala - vidljivih jedino u ultraljubičastim valnim duljinama - koje vidimo u "polarnim kapama" od stratosferske izmaglice. Za razliku od Zemlje, Jupiterova os je na ravninu njegova orbitiranja nagnuta samo 3 stupnja (Zemljina je nagnuta 23,5 stupnja). Zbog toga nije za očekivati da bi se na tome planetu mogle javljati značajne promjene vezane uz godišnja doba. Sezonske mijene na Jupiteru može izazivati jedino promjena njegove udaljenosti od Sunca: ona tijekom njegova 12 godina dugog ophodnog vremena varira za oko 5 posto. OPAL zbog toga pomno motri na promjene u Jupiterovoj atmosferi koje bi mogle biti izazvane time. Dodatna Hubbleova prednost je u tome što teleskopi na površini Zemlje (za razliku od Hubblea) ne mogu neprestano pratiti Jupiter za trajanja dviju njegovih uzastopnih rotacija, budući mu za to treba oko 20 sati. Promatač na tlu nakon toliko vremena mora izgubiti Jupiter iz vida jer ili planet zađe ili se, pak, razdani.

Saturn

Saturnu treba više od 29 godina da jednom obiđe Sunce, a u programu OPAL je dosad prećen tijekom približno jedne četvrtine Saturnove godine. (Hubble se uhvatio sustavnog promatranja toga planeta 2018. g, po okončanju Cassinijeve misije.) Kako je Saturnova os nagnuta 26,7 stupnjeva, on proživljava puno izraženije sezonske promjene od Jupitera. Saturnova godišnja doba traju po približno 7 godina. To znači da je Hubble dosad mogao vidjeti kako se spektakularni prstenski sustav toga planeta od nakošenosti od skoro 30 stupnjeva ispravlja zamalo u ravnu crtu. Kada ih se gleda s boka, prsteni, koji su razmjerno vrlo tanki, skoro posve iščeznu, a to će se opet dogoditi 2025. g.

OPAL je pratio i promjene boja u Saturnovoj atmosferi. Te promjene boja su prvi put bile uočene orbiterom Cassini, ali Hubble je pojavu pratio duže vremena. (Cassini je u orbiti oko Saturna proveo 13 godina, što je osjetno duže od vremena tijekom kojega je taj planet bio promatran u programu OPAL. Ali, naravno, Hubble je promatrao Saturn i puno prije 2018. g. Prim. prev.) Hubble je iz godine u godine otkrivao tanane promjene u obojenosti, možda izazvane razlikama u visinama oblaka i vjetrovima. Te su promjene jedva zamjetne jer je OPAL-om obuhvaćen samo dio Saturnove godine. Krupne promjene se događaju kada na tome planetu započinje novo godišnje doba.

Saturnove tajanstvene tamne žbice na prstenu, koje zasjecaju u ravninu prstena, kratkovjeke su tvorbe koje rotiraju duž prstenâ. Te sablasne pojave istraju samo tijekom dva ili tri Saturnova okreta oko osi. Dok su aktivne, netom oblikovane žbice neprestano mijenjaju oblike. Prvi put su viđene 1981. g, kamerom Voyagera 2. Cassini ih je opazio i za svoje 13 godina duge misije, okončane 2017. g. Hubble nam je pokazao da je učestalost javljanja žbica uvjetovana godišnjim dobima. One su se u OPAL-ovim podacima prvi put javile 2021. g. Dugotrajno praćenje je pokazalo da broj i kontrastnost žbica varira sa smjenom godišnjih doba na Saturnu.

Uran

Uran je nagnut na svoj bok i njegova os vrtnje leži zamalo u ravnini kojom on orbitira. Zbog toga taj planet za trajanja svog 84 godine dugog putovanja oko Sunca prolazi kroz radikalne sezonske promjene. Posljedica te nagnutosti osi planeta znači da tijekom razdobljâ koji potraju i do 42 godine dijelovi jedne njegove polukugle ostaju bez Sunčevog svjetla. OPAL je pratio kako se sjeverni pol planeta sada naginje prema Suncu.

Hubble je u okviru programa OPAL prvi put snimio Uran nakon tamošnjeg proljetnog ekvinocija, kada je Sunce bilo točno iznad ekvatora toga planeta. Hubble je na srednjim sjevernim širinama razlučio veći broj oluja s oblacima od metanskog leda, koje su se javljale s približavanjem ljeta sjevernom polu planeta. Na Uranovom sjevernom polu sada postoji gusta, fotokemijski izazvana izmaglica po čijem obodu obigrava nekoliko malih oluja. Hubble prati veličinu te sjeverne polarne kape i mi vidimo da ona iz godine u godinu postaje sve svijetlijom. Kako se približava sjeverni ljetni solsticij, do kojega će doći 2028. g, kapa bi mogla postajati još sjajnijom, a bit će usto i okrenuta točno prema Zemlji (tj. prema Suncu). Zbog potonjeg ćemo i na Uranov sustav prstena gledati odozgo. Razumijevanje načina na koji se Uran mijenja tijekom vremena će pomoći pri planiranju misije predložene NASA-ine svemirske letjelice nazvane Uranov orbiter i sonda (engl. Uranus Orbiter and Probe).

Neptun

Nakon što je Voyager 2 1989. g. proletio pokraj Neptuna, astronomi su se iščuđavali nad velikom tamnom pjegom veličine Atlantskog oceana, koja je upadala u oči u atmosferi toga planeta. Je li ona dugoživuća poput Jupiterove Velike crvene pjege? To je pitanje ostalo neodgovorenim sve dok nam Hubble nije 1994. g. pokazao da su takve tamne oluje prolazne pojave, koje se naglo pojave i koje onda u roku od dvije do šest godina opet nestanu. Za trajanja programa OPAL, Hubble je vidio skončanje jedne od takvih tamnih pjega i cijeli životni vijek druge: obje te pojave su se za svog trajanja premještale prema ekvatoru planeta. Zahvaljujući programu OPAL, astronomima neće promaknuti sljedeća tamna pjega!

Hubbleova promatranja su razotkrila vezu između količine Neptunovih lutajućih oblaka i 11-godišnjeg Sunčevog ciklusa. Veza između Neptuna i Sunčeve aktivnosti je iznenadila znanstvenike jer je među svim velikim planetima Sunčevog sustava Neptun najudaljeniji od Sunca. On prima približno samo oko jedne tisućinke Sunčevog svjetla od količine koja dopire do Zemlje. Pa ipak, izgleda da je Neptunova oblačna meteorologija pod utjecajem Sunčeve aktivnosti. (Sada se postavlja i pitanje) igraju li tamo i lokalna godišnja doba nekakvu ulogu?

Slike Jupitera

(Velika mozaična slika, sastavljena od fotografija dobivenih u programu OPAL, objašnjava samu sebe. Prim. prev.)

Ove dvije fotografije Jupitera pružaju jasan uvid u obilje podataka dobivenih kroz različite spektralne filtere kojima raspolaže Hubbleova WFC3. Lijevo je slika dobivena kroz tri filtera (ljubičasti, zeleni i crveni), koja Jupiter prikazuje približno onakvim kakvim ga vide oči čovjeka. Na desnoj strani je umjesto ljubičastog filtera uporabljen ultraljubičasti, a umjesto crvenog infracrveni. (...) Rezultat je taj živopisni disk koji narančastom bojom prikazuju visinske izmaglice što upijaju ultraljubičasto svjetlo (iznad polova i u tri velike oluje, što uključuje i Veliku crvenu pjegu), kao i svježi led prikazan bijelim (zbijene olujne perjanice tik s južne i sjeverne strane ekvatora). Astronomi, uključujući i one u OPAL-ovom timu, koriste te filtere (a i druge, koji nisu ovdje prikazani) kako bi njima proučili razlike u debljini oblakâ, njihove visine i kemijske sastave.

Slike Saturna

Ovaj "warholski" mozaik fotografija Saturna prikazuje stvarne podatke dobivene kroz različite filtere, prikazane bojama vidljivog svjetla. Svaka od tih filterskih kombinacija ističe tanane razlike u visinama oblaka ili njihovim sastavima. Infracrveni spektri dobiveni u misiji Cassinija, ukazali su na to da bi kemijski sastavi krutih čestica u atmosferi Saturna mogli biti još složeniji od onih koje imaju aerosoli na Jupiteru. Program OPAL se nastavlja na to Cassinijevo nasljeđe tako što mjeri na koji se način tanani oblačni obrasci Saturnovih oblaka mijenjaju tijekom vremena. (Oznake ispod pojedinih sličica pokazuju koji su filteri (F) iskorišteni pri izradi dotičnog kompozita. Broj (npr. 502) pokazuje na koju valnu duljinu izraženu u nanometrima je taj filter centriran. Slovo na kraju pokazuje koliko je širok raspon valnih duljina koje taj filter propušta (N - uskopojasni filter; W - širokopojasni filter; M - srednjepropusni filter). Sve su fotografije snimljene putem Hubbleove WFC3, odnosno njenog fotografskog spektrografa UVIS-a. Prim. prev.)

NASA, ESA, Amy Simon (NASA-GSFC), Michael H. Wong (UC Berkeley)

Velike slike:

https://stsci-opo.org/STScI-01JE3XT4NTB7BTD0A88WPBGEY9.png

https://stsci-opo.org/STScI-01JE3YEPBBYVV3CA9FGW1FX05B.png

https://stsci-opo.org/STScI-01JE3YY4921ZMFPM8D6DJVMHCQ.png

https://stsci-opo.org/STScI-01JE3ZFHBABRMNWR3ZWMK8VGKW.png

https://hubblesite.org/.../news-releases/2024/news-2024-010

---

AstroMosor

---