Links ist ein farbverstärktes Bild des Neptun vom Hubble-Weltraumteleskop der NASA zu sehen. Rechts ist dieses Bild mit Daten des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA kombiniert. Die blaugrünen Flecken, die die Polarlichtaktivität darstellen, und die weißen Wolken sind Daten von Webbs Nahinfrarotspektrograph (NIRSpec), die über das vollständige Bild des Planeten von Hubbles Weitwinkelkamera 3 gelegt wurden. (Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, STScI, Heidi Hammel (AURA), Henrik Melin (Northumbria University), Leigh Fletcher (University of Leicester), Stefanie Milam (NASA-GSFC))
Zum ersten Mal haben Astronomen direkte Bilder der schwer fassbaren Polarlichter des Neptun aufgenommen.
Wissenschaftler haben schon lange vermutet, dass der ferne Eisriese schillernde Lichtspiele beherbergt, und zwar aufgrund flüchtiger Hinweise beim Vorbeiflug der Voyager-2-Sonde und Beobachtungen ähnlicher Aktivitäten auf Jupiter, Saturn und Uranus. Die Aufnahme von Bildern von Neptuns Polarlichtern blieb jedoch unerreichbar, bis das James Webb Space Telescope (JWST oder Webb) sein leistungsstarkes Auge auf den Eisplaneten richtete.
„Wie sich herausstellte, war es nur mit der Nahinfrarot-Empfindlichkeit von Webb möglich, die Polarlichtaktivität auf Neptun abzubilden“, so Henrik Melin von der Northumbria University, der die Forschung an der University of Leicester durchführte, in einer Erklärung zu den Fotos. „Es war so überwältigend, nicht nur die Polarlichter zu sehen, sondern auch die Details und die Klarheit der Signatur haben mich wirklich schockiert.“
Noch bedeutsamer ist die einzigartige Beschaffenheit von Neptuns Aurora, die sich laut Wissenschaftlern von denen auf der Erde, dem Jupiter und dem Saturn unterscheidet, wo Auroras normalerweise auf die Pole beschränkt sind. Das liegt daran, dass ihre Magnetfelder relativ gut mit ihren Rotationsachsen ausgerichtet sind und geladene Teilchen aus dem Sonnenwind in Richtung der Polarregionen leiten.
Neptun hingegen hat ein stark geneigtes und versetztes Magnetfeld, so dass seine Polarlichter an unerwarteten Orten wie den mittleren Breitengraden des Planeten auftreten.
Ermöglicht wurden diese Beobachtungen durch den Nahinfrarot-Spektrographen (NIRSpec) des James-Webb-Weltraumteleskops, ein Instrument, das das von Himmelsobjekten absorbierte oder emittierte Licht analysiert. Durch die Aufschlüsselung der verschiedenen Wellenlängen dieses Lichts können Wissenschaftler wichtige physikalische Eigenschaften wie Temperatur, Masse und chemische Zusammensetzung bestimmen.
In diesem Fall hat NIRSpec detaillierte Bilder der Ionosphäre des Neptun aufgenommen – der elektrisch geladenen Schicht seiner oberen Atmosphäre, ähnlich der Ionosphäre der Erde, in der sich Polarlichter bilden. Interessanterweise zeigten die Daten von Webb Emissionen von Trihydrogenkationen (H3+), einem der häufigsten Ionen im Universum. Diese Entdeckung ist bedeutsam, da H3+ eine entscheidende Rolle bei planetarischen Polarlichtern spielt, die als Reaktion auf die Wechselwirkungen zwischen den Atmosphären der Planeten und den geladenen Teilchen des Sonnenwindes leuchten.
„H3+ war bei allen Gasriesen – Jupiter, Saturn und Uranus – ein deutliches Anzeichen für Polarlichtaktivität, und wir erwarteten, dass wir dasselbe auf Neptun sehen würden, als wir den Planeten über die Jahre mit den besten verfügbaren bodengestützten Einrichtungen untersuchten“, erklärte JWST-Wissenschaftlerin Heidi Hammel. „Nur mit einer Maschine wie Webb haben wir endlich diese Bestätigung erhalten.“
Das Team war auch in der Lage, die Temperatur des Neptun zu messen, was seit dem Vorbeiflug von Voyager 2 im August 1989 nicht mehr gemacht wurde. „Ich war erstaunt [über die Ergebnisse] “, sagte Melin. „Die obere Atmosphäre des Neptun hat sich [in dieser Zeit] um mehrere hundert Grad abgekühlt. Tatsächlich war die Temperatur im Jahr 2023 nur etwas mehr als halb so hoch wie 1989.“
Der Temperaturabfall auf dem Planeten könnte erklären, warum die Polarlichter so schwer zu beobachten waren. Polarlichter entstehen, wenn geladene Teilchen atmosphärische Gase anregen und diese dadurch Licht aussenden. Höhere Temperaturen bedeuten im Allgemeinen mehr energiereiche Teilchen und eine höhere Kollisionsrate, was zu helleren Polarlichtern führt. Eine wesentlich kältere Temperatur würde die Dichte der energiereichen Ionen verringern, was zu schwächeren Emissionen führt, die schwieriger zu erkennen sind.
Die Astronomen werden Neptun weiterhin mit dem JWST untersuchen, in der Hoffnung, ein tieferes Verständnis für den seltsamsten Planeten unseres Sonnensystems zu gewinnen.
„Während wir in die Zukunft blicken und von zukünftigen Missionen zu Uranus und Neptun träumen, wissen wir nun, wie wichtig es sein wird, Instrumente zu haben, die auf die Wellenlängen des Infrarotlichts abgestimmt sind, um die Polarlichter weiter zu untersuchen“, fügte Leigh Fletcher von der Universität Leicester, Mitautor der Studie, hinzu. „Dieses Observatorium hat endlich das Fenster zu dieser letzten, bisher verborgenen Ionosphäre der Riesenplaneten geöffnet.“
