有史以来第一张海王星上黑点的地面图像揭示了这种反气旋涡旋起源的重要线索

拓牛李强

据美国太空网（基思·库珀）：2018年，海王星的大气层中出现了一个黑点，这给了天文学家一个绝佳的机会，最终弄清楚这些阴影幽灵是什么。

当旅行者2号在1989年遇到海王星时，它看到蓝冰巨人的北半球被一个直径数千英里的巨大黑暗反气旋漩涡装饰着。然后，瑕疵消失了。

自从旅行者2号飞过后的这些年里，哈勃太空望远镜已经观察到类似的黑点在海王星的两个半球上来来去去。乍一看，这些斑点似乎类似于木星著名的大红斑(GRS)，但GRS已经稳定地旋转了至少350年，位于木星大气层的高处。相比之下，海王星的暗点似乎只能持续几年，并驻留在冰巨人的大气层更深处。

因此，当哈勃在2018年观测到海王星上的另一个暗点时，由牛津大学的帕特里克·欧文领导的一组天文学家开始行动。



1989年旅行者2号飞过海王星时看到的一个暗点。(图片来源:美国宇航局/JPL)



基于MUSE仪器不同校准的海王星四个视图。(图片来源:ESO/P. Irwin等人)

海王星的暗点以前从未被地基望远镜观测到，但通过位于智利的欧洲南方天文台的甚大望远镜(VLT)及其MUSE(多单元光谱探索者)仪器，欧文的团队能够检测到暗点并在3D中用光谱测量它，揭示了这个实体在不同大气深度的情况。

在此过程中，他们发现了一些关于黑斑神秘起源的可能答案。他们在周四(8月24日)的《自然天文学》杂志上发表了一篇关于他们发现的论文。

“自从第一次发现暗点以来，我一直想知道这些短暂而难以捉摸的暗特征是什么，”欧文在声明中说。

不同波长的光能够探测海王星大气层的不同深度，这取决于大气成分以及这种成分如何反射光等因素。

使用MUSE，Irwin的团队创建了一个三维反射光谱，显示了行星不同深度的大气层如何反射阳光。这个被命名为NDS-2018的黑点似乎位于大气层中不太反射太多光线的区域。这些观测是在2019年进行的，因此排除了暗点只是海王星云层中的一块空地的可能性，提供了位于下方的黑暗层的视图。

相反，研究小组推断，大气气溶胶中的某种物质一定使这个地方变暗了。缪斯的观察显示，暗点可能位于压力约为5巴的深度，这是硫化氢能够凝结成冰晶的压力层。

Irwin的团队已经为这种情况找到了两种解释。



超大望远镜看到的海王星及其暗点NDS-2018(右上)的自然光视图。(图片来源:ESO/P. Irwin等人)

由于硫化氢是一种光敏气体，一种可能性是暗点是由漩涡中心的上升流引起的，这种上升流将硫化氢从地球内部深处带了上来。当硫化氢到达可以与太阳紫外线发生反应的高度时，这种反应可能会导致大气变暗。另一种可能性是硫化氢已经凝结在深色颗粒周围，反气旋条件引起的局部加热导致硫化氢升华，露出下面的深色颗粒。

VLT的观测还提供了一个额外的惊喜:在暗点的西南边缘有一个小亮点，命名为DBS-2019。

“在[观察暗斑]的过程中，我们发现了一种罕见的、深邃的、明亮的云类型，这种类型以前从未被发现过，即使是从太空中也是如此，”来自加州大学伯克利分校的行星科学家、欧文团队的成员王敏德在声明中说。

在海王星的大气中，甚至从地球上也能经常看到这样或那样的亮点。例如，旅行者2号发现了明亮的甲烷云，因为它们在地球上移动如此之快，所以被昵称为“小型摩托车”。然而，DBS-2019似乎比踏板车的深度低得多，与暗点本身共享一个高度。实际上，亮点可能是暗点漩涡边缘对流的结果，也许是从下面黑暗、冰冻的深处泵出了更亮的物质。

唉，对暗点和亮点的观察转瞬即逝；他们在2022年消失了。

目前，海王星的大气看起来一尘不染，它的云层覆盖已经消失。云层的消失可能与太阳的太阳活动周期以及2019年太阳活动极小期期间光离子化紫外线的下降有关。这一过程可能在海王星云层的形成中发挥了作用；把它拿走，云开始消失。如果这个假设是正确的，我们应该期待在2024-2025年太阳活动高峰期后看到一个更加活跃的海王星大气。

现在，天文学家必须等待一个新的暗点出现，才能在地球上继续他们的研究，至少要等到太空任务再次起航，跟随旅行者2号的脚步，访问太阳系的最后一颗行星。

这项研究的论文发表在8月24日的《自然天文学》杂志上。