Nevel boven Neptunus

De atmosfeer rond Neptunus is vanaf de aarde moeilijk waar te nemen. Met adaptieve optiek is dat nu wel mogelijk. Het zuidelijk halfrond ligt onder een tapijt van nevel.

ASTRONOMEN van de Universiteit van Hawaii hebben een techniek ontwikkeld waarmee het mogelijk is om bijna routinematig het weer op de verre planeet Neptunus te volgen. Dat is een opmerkelijke prestatie, aangezien het schijfje van deze gasreus zo klein is dat de onrust van de lucht in onze atmosfeer elk detail op zijn oppervlak uitwist. Met de op Hawaii ontwikkelde techniek kan deze onrust echter worden opgeheven, waardoor men de telescoop als het ware boven de dampkring van de aarde uittilt en een zeer goedkope, maar grotere versie van de Hubble Space Telescope imiteert.

Hoewel Neptunus tot de vier reuzen van ons zonnestelsel behoort, staat hij zo ver weg dat hij aan de hemel een schijfje met een diameter van slechts iets meer dan 2 boogseconden vertoont: een tennisbal op een afstand van vijf kilometer. In principe zou men met een telescoop van 3 tot 4 meter diameter details op Neptunus moeten kunnen zien, omdat het theoretisch scheidend vermogen van zo'n grote telescoop 0,04 boogseconde bedraagt. De snelle trillingen van de lucht gooien echter roet in het eten. Zelfs op de meest ideale waarnemingsplaatsen wordt hooguit een scheidend vermogen van 0,5 à 1 boogseconde bereikt.

Pas tien jaar geleden, toen de Amerikaanse ruimtesonde Voyager-2 langs Neptunus vloog, kon de atmosfeer van deze gasreus voor het eerst goed worden waargenomen. Voyagers opnamen toonden een dynamische atmosfeer met wolkenbanden en wervelstructuren. Zoveel dynamiek had men bij zo'n koude planeet niet verwacht. Wat was de drijvende kracht achter die activiteit? Alleen waarnemingen vanaf de aarde zouden hierop een antwoord kunnen geven, want een ruimtevlucht naar Neptunus zat er voorlopig niet meer in. En de Hubble Space Telescope, die sinds 1991 buiten de dampkring opereert, is zo overvraagd dat hij slechts heel af en toe op Neptunus kan worden gericht.

sensor

Sinds 1995 wordt Neptunus intensief bestudeerd door een groep astronomen op de universiteit van Hawaii. Deze groep, geleid door de Franse astronoom François Roddier, heeft een systeem ontwikkeld waarmee het nu mogelijk is om scherpe opnamen van Neptunus te maken. Het systeem, Hokupa'a (onbeweeglijke ster) geheten, maakt gebruik van een sensor die in een vlak vóór de telescoopcamera op 36 plaatsen de door de luchttrillingen veroorzaakte vervormingen in het licht van een hemellichaam meet. Deze informatie wordt dan teruggekoppeld naar een vervormbaar spiegeltje dat zich verder terug in de lichtweg bevindt.

Het spiegeltje bestaat uit twee op elkaar gelijmde plaatjes piëzo-elektrisch materiaal die op 36 plaatsen kunnen worden vervormd. Die vervormingen zijn in feite voortdurend het exacte spiegelbeeld van de verstoringen die in de binnenkomende lichtbundel worden gemeten. Het spiegeltje kan 1200 maal per seconde worden vervormd, wat voldoende snel is om de trillingen van de lucht op te heffen. Het resultaat van deze techniek van adaptieve optiek is een detailscherpte van 0,1 boogseconde in het infrarood bij een telescoop van 3,6 meter diameter: vrijwel gelijk aan het theoretisch haalbare.

WOLKENCOMPLEXEN

De resultaten van enkele jaren waarnemen aan Neptunus met Hokupa'a werden gepresenteerd tijdens een conferentie over `Astronomy with Adaptive Optics' die eind vorig jaar in Sonthofen (Beieren) werd gehouden. De toehoorders waren diep onder de indruk. François Roddier en zijn collega's blijken de ontwikkeling van wolkencomplexen in de atmosfeer van Neptunus nu bijna routinematig te kunnen volgen. De wolken vertonen hun maximale contrast bij golflengten rond 1,7 micron, de absorptieband van methaan, wat er op wijst dat ze hoog in de atmosfeer van Neptunus hangen. De snelle rotatie van de planeet, in 17 tot 18 uur nabij de evenaar, maakt dat het aangezicht van uur op uur verandert. Sommige wolken nabij de zuidpool blijken binnen een dag te kunnen ontstaan: dit zijn waarschijnlijk de intrigerende south polar features die ook op de Voyagerbeelden zijn gezien.

Tijdens de waarnemingen van Voyager-2 waren er vooral op het zuidelijk halfrond wolken te zien. Uit latere waarnemingen van Hubble bleek dat de wolkenvorming naar het noordelijk halfrond verschoof en daar rond 1994 maximaal moet zijn geweest. De waarnemingen op Hawaii laten zien dat de activiteit opnieuw naar het zuidelijk halfrond is verschoven. Het grootste deel daarvan blijkt bedekt door een diep in de atmosfeer hangende nevel, mogelijk bestaande uit aërosolen die onder invloed van de UV-straling van de zon ontstaan. Als het hier om een periodieke verschuiving gaat, zou dat kunnen betekenen dat het `weer' op Neptunus op lange termijn wordt beïnvloed door de activiteit van de zon. Zo'n invloed was overigens al in 1991 gesuggereerd op grond van een periodieke variatie in de helderheid van Neptunus. Het mechanisme dat aan de invloed ten grondslag ligt is nog onbekend.

De aswenteling van Neptunus is te volgen op Website: http://www.ifa.hawaii.edu/ao/latest.html