Neptune se trouve dans la frontière glaciale, sombre et vaste des bords extérieurs de notre système solaire, à environ 3 milliards de kilomètres du soleil.
Pour la première fois, le télescope spatial James Webb de la NASA a capturé une activité aurorale brillante sur Neptune. Les aurores se produisent lorsque des particules énergiques, souvent provenant du soleil, sont piégées dans le champ magnétique d'une planète et finissent par frapper la haute atmosphère. L'énergie libérée au cours de ces collisions crée la lueur de signature.
Dans le passé, les astronomes ont vu des indices alléchants d'activité aurorale sur Neptune, par exemple, dans le survol de la NASA Voyager 2 en 1989. Cependant, l'imagerie et la confirmation des aurores sur Neptune ont longtemps échappé aux astronomes malgré des détections réussies sur Jupiter, Saturne et Uranus. Neptune était la pièce manquante du puzzle en ce qui concerne la détection des aurores sur les planètes géantes de notre système solaire.
« Il s'avère que l'imagerie en réalité l'activité aurorale sur Neptune n'était possible qu'avec la sensibilité proche infrarouge de Webb », a déclaré l'auteur principal Henrik Melin de l'Université de Northumbria, qui a mené la recherche lors de l'Université de Leicester. « C'était tellement étonnant de voir non seulement les aurores, mais le détail et la clarté de la signature m'ont vraiment choqué. » Les résultats de l'équipe ont été publiés dans Astronomie naturelle.
Les données ont été obtenues en juin 2023 à l'aide du spectrographe proche infrarouge de Webb. En plus de l'image de la planète, les astronomes ont obtenu un spectre pour caractériser la composition et mesurer la température de la haute atmosphère de la planète (l'ionosphère). Pour la première fois, ils ont trouvé une ligne d'émission extrêmement importante signifiant la présence du trihydrogène (h3+), qui peut être créé dans Auroras. Dans les images Webb de Neptune, l'Aurora brillante apparaît comme des taches représentées dans le cyan.
« H3+ a été un signifiant clair sur tous les géants du gaz – Jupiter, Saturne et Uranus – d'une activité aurorale, et nous nous attendions à voir la même chose sur Neptune que nous avons étudié la planète au fil des ans avec les meilleures installations au sol disponibles « , a expliqué Heidi Hammel avec l'association des universités pour la recherche en astronomie, les données interdisciplinaires et les chefs de file de l'observation temporelle garantie dans le domaine des données interdisciplinaires. Comme Webb, nous avons finalement obtenu cette confirmation. «
L'activité aurorale observée sur Neptune est également sensiblement différente de ce que nous sommes habitués à voir ici sur Terre, ou même Jupiter ou Saturne. Au lieu d'être confinés aux pôles nord et sud de la planète, les aurores de Neptune sont situées à la latitudes géographiques géographiques de la planète – pensez où l'Amérique du Sud est située sur Terre.
Cela est dû à l'étrange nature du champ magnétique de Neptune, découvert à l'origine par Voyager 2 en 1989, qui est incliné de 47 degrés par rapport à l'axe de rotation de la planète. Étant donné que l'activité aurorale est basée où les champs magnétiques convergent dans l'atmosphère de la planète, les aurores de Neptune sont loin de ses pôles de rotation.
La détection révolutionnaire des aurores de Neptune nous aidera à comprendre comment le champ magnétique de Neptune interagit avec les particules qui se jettent du soleil aux portée lointaines de notre système solaire, une toute nouvelle fenêtre dans la science atmosphérique géante de la glace.
D'après les observations de Webb, l'équipe a également mesuré la température du sommet de l'atmosphère de Neptune pour la première fois depuis le survol de Voyager 2. Les résultats suggèrent pourquoi les aurores de Neptune sont restés cachés aux astronomes pendant si longtemps.
« J'ai été étonné – l'atmosphère supérieure de Oneptune s'est refroidie par plusieurs centaines de degrés », a déclaré Melin. « En fait, la température en 2023 était un peu plus de la moitié de celle en 1989. »
Au fil des ans, les astronomes ont prédit l'intensité des aurores de Neptune sur la base de la température enregistrée par Voyager 2. Une température sensiblement plus froide entraînerait des aurores beaucoup plus faibles. Cette température froide est probablement la raison pour laquelle les aurores de Neptune sont restés non détectés pendant si longtemps. Le refroidissement dramatique suggère également que cette région de l'atmosphère peut changer considérablement même si la planète se trouve plus de 30 fois plus loin du soleil par rapport à la Terre.
Équipés de ces nouvelles découvertes, les astronomes espèrent désormais étudier Neptune avec Webb sur un cycle solaire complet, une période d'activité de 11 ans motivée par le champ magnétique du soleil. Les résultats pourraient fournir des informations sur l'origine du champ magnétique bizarre de Neptune, et même expliquer pourquoi il est si incliné.
« Alors que nous regardons vers l'avenir et rêvons de futures missions à Uranus et Neptune, nous savons maintenant à quel point il sera important d'avoir des instruments réglés sur les longueurs d'onde de la lumière infrarouge pour continuer à étudier les aurores », a ajouté Leigh Fletcher de l'Université de Leicester, co-auteur sur le journal. « Cet observatoire a finalement ouvert la fenêtre sur cette dernière ionosphère précédemment cachée des planètes géantes. » Ces observations, dirigées par Fletcher, ont été prises dans le cadre du programme d'observation temporelle garantie de Hammel 1249.
