韦伯和凯克望远镜联手追踪土星卫星土卫六上的云层

2022 年 11 月 4 日,詹姆斯韦伯太空望远镜的 NIRCam 仪器拍摄了土星卫星土卫六的图像。左图:使用 F212N 拍摄的图像,这是一种对土卫六低层大气敏感的 2.12 微米过滤器。 亮点是北半球突出的云层。 右图:使用 NIRCam 滤光片组合的彩色合成图像:蓝色=F140M(1.40 微米),绿色=F150W(1.50 微米),红色=F200W(1.99 微米),亮度=F210M(2.09 微米)。 标记了几个突出的表面特征: Kraken Mare 被认为是甲烷海; Belet 由深色沙丘组成; Adiri 是一个明亮的反照率特征。 图片来源:NASA、ESA、CSA、A. Pagan (STScI)。

11 月 5 日星期六早上,一个国际行星科学家团队醒来时非常高兴地看到了土星最大卫星土卫六的第一张韦伯图像。 在这里,首席研究员 Conor Nixon 和保证时间观测 (GTO) 计划 1251 团队的其他人使用韦伯调查土卫六的大气和气候,描述了他们看到数据后的最初反应。

“土卫六是太阳系中唯一拥有浓密大气层的卫星,也是目前除地球之外唯一拥有河流、湖泊和海洋的行星体。然而,与地球不同的是,土卫六表面的液体由碳氢化合物组成包括甲烷和乙烷,而不是水。它的大气层充满了厚厚的雾霾,遮住了从表面反射的可见光。

“我们等了很多年才用韦伯的红外视觉来研究土卫六的大气层,包括它迷人的天气模式和气体成分,还可以透过雾霾研究地表的反照率特征(亮斑和暗斑)。土卫六的大气层非常有趣,不仅因为它的甲烷云和风暴,还因为它可以告诉我们泰坦的过去和未来——包括它是否一直有大气层。我们对初步结果非常满意。

“来自 Université Paris Cité 的团队成员塞巴斯蒂安·罗德里格斯 (Sebastien Rodriguez) 是第一个看到这些新图像的人,他通过电子邮件提醒我们其他人:‘今天早上(巴黎时间)真是太棒了!我的邮箱里有很多警报!我去了“直接到我的电脑上,并立即开始下载数据。乍一看,简直太棒了!我想我们看到了一片云!”


韦伯 NIRCam(左)和凯克 NIRC-2(右)在 2022 年 11 月 4 日至 11 月 6 日期间 30 小时内土卫六上云层的演变。 从地球和太阳上看,泰坦的后半球从左(黎明)向右(傍晚)旋转。 Cloud A 似乎正在旋转进入视野,而 Cloud B 似乎在 Titan 的肢体后面消散或移动(朝向背对我们的半球)。 土卫六或地球上的云不会持久,因此 11 月 4 日看到的云可能与 11 月 6 日看到的不同。NIRCam 图像使用了以下滤镜:蓝色 = F140M(1.40 微米),绿色 = F150W (1.50 微米),红色 = F200W(1.99 微米),亮度 = F210M(2.09 微米)。 使用的 Keck NIRC-2 图像:红色=He1b(2.06 微米),绿色=Kp(2.12 微米),蓝色=H2 1-0(2.13 微米)。 从资源库下载 Titan 的 Webb 和 Keck 并排。 图片来源:NASA、ESA、CSA、WM Keck 天文台; A.异教徒(STScI); 韦伯泰坦 GTO 团队

“来自大学天文学研究协会 (AURA) 的 Webb 太阳系 GTO 项目负责人 Heidi Hammel 也有类似的反应:‘太棒了!喜欢看到云和明显的反照率标记。非常期待光谱!恭喜,所有!!!谢谢!

“就这样开始了疯狂的一天。通过比较韦伯的近红外相机(NIRCam)拍摄的不同图像,我们很快确认土卫六北半球可见的亮点实际上是一片大云。不久之后,我们注意到一个第二个云。探测云是令人兴奋的,因为它验证了计算机模型长期以来对土卫六气候的预测,即在夏末,当地表被太阳加热时,云很容易在北半球中部形成。

“然后我们意识到了解云层是否在移动或改变形状很重要,这可能会揭示泰坦大气中气流的信息。因此我们迅速联系同事,要求使用夏威夷的凯克天文台进行后续观测那天晚上我。

韦伯和凯克望远镜联手追踪土星卫星土卫六上的云层
11 月 4 日至 6 日期间 Titan 上云层的演变超过 30 小时,正如詹姆斯韦伯太空望远镜(顶部)和凯克望远镜上的近红外相机所见。 从地球和太阳看,土卫六的后半球从左(黎明)向右(傍晚)旋转。 Cloud A 似乎正在旋转进入视野,而 Cloud B 似乎正在消散,或者正在泰坦的肢体后面移动。 土卫六或地球上的云不会持久,因此 11 月 4 日看到的云可能与 11 月 6 日看到的不同。图片来源:NASA/STScI/Keck Observatory/Judy Schmidt

“我们的 Webb Titan 团队负责人来自 NASA 戈达德太空飞行中心的 Conor Nixon 写信给加州大学伯克利分校的 Imke de Pater 和加州理工学院的 Katherine de Kleer,他们在使用 Keck 方面拥有丰富的经验:‘我们刚刚收到了我们的第一张 Titan 图像来自 Webb,昨晚拍摄。非常令人兴奋!我们相信在 Kraken Mare 附近的北极地区上空似乎有一大片云。我们想知道对 Keck 的快速响应后续观察以查看云中的任何演变? ‘

“在与凯克工作人员和已经安排在当晚使用望远镜的观察员协商后,Imke 和 Katherine 迅速排队进行了一组观察。目标是从平流层到地表探测土卫六,试图捕捉到云层我们和 Webb 一起看到了。观察是成功的!Imke de Pater 评测道:“我们担心两天后与 Keck 一起观察土卫六时云层会消失,但令我们高兴的是,在相同的位置也有云层,看起来就像他们的形状发生了变化。

“在我们获得凯克数据后,我们求助于大气建模专家来帮助解释它。其中一位专家,耶鲁大学的胡安洛拉说:’确实令人兴奋!我很高兴我们看到了这一点,因为我们已经“我们一直在预测这个季节会有大量的云活动!我们不能确定 11 月 4 日和 6 日的云是相同的云,但它们证实了季节性天气模式。”

韦伯和凯克望远镜联手追踪土星卫星土卫六上的云层
2022 年 11 月 7 日拍摄的泰坦的凯克望远镜图像,显示北半球 11 点和 1 点的明亮云层。 图片来源:NASA/STScI/Keck 天文台/Judy Schmidt

“该团队还使用韦伯的近红外光谱仪 (NIRSpec) 收集了光谱,这使我们能够获得许多波长,这些波长被地球大气层阻挡在凯克等地面望远镜上。我们仍在分析这些数据,这将使我们能够以卡西尼号宇宙飞船无法做到的方式真正探测土卫六低层大气和地表的组成,并更多地了解是什么导致了在南极看到的明亮特征。

“我们期待 2023 年 5 月或 6 月来自 NIRCam 和 NIRSpec 的更多土卫六数据以及我们来自韦伯中红外仪器 (MIRI) 的第一批数据。MIRI 数据将揭示土卫六光谱的更大部分,包括我们的一些波长这将为我们提供有关土卫六大气层中复杂气体的信息,以及破译为何土卫六是太阳系中唯一拥有浓密大气层的卫星的重要线索。

“巴黎西泰大学的研究生 Maël Es-Sayeh 特别期待这些观察结果:‘我将在我的博士研究中使用 Webb 的数据,所以最终获得真实数据非常令人兴奋经过多年的模拟。我迫不及待地想看看明年第二部分会发生什么!”