At fange skyggen af ​​en neptunsk måne

Forskere på det flyvende observatorium SOFIA, Stratosfærisk Observatorium for Infrarød Astronomi, forbereder sig på en to minutters mulighed for at studere atmosfæren på Neptuns måne Triton, da den kaster en svag skygge på Jordens overflade. Dette er den første chance for at undersøge Tritons atmosfære i 16 år.

Den 5. okt. Når Triton passerer foran en fjern stjerne, vil den blokere stjernens lys i en formørkelseslignende begivenhed kaldet en okkultation. Under den himmelske justering, holdet ombord på det specialudstyrede Boeing 747SP-fly vil foretage observationer af den fjerne stjernes lys, når den passerer gennem Tritons atmosfære.

Triton har ikke passeret foran klare stjerner i mange år, gør okkultationsobservationer vanskelige. Nu, da Triton passerer foran en lys stjerne, dataene indsamlet af SOFIAs 100-tommer (2,5 meter) ombord teleskop og tre kraftfulde instrumenter vil gøre det muligt for forskere bedre at studere og karakterisere månens atmosfære, inklusive dens temperatur, tryk og tæthed.

Tidligere observationer, inklusive dem fra NASAs Voyager 2-rumfartøj taget i 1989 og en tidligere okkultationsobservation i 2001, indikerer, at Tritons atmosfære hovedsageligt består af nitrogen og er forvrænget forskellige steder af dens kraftige vind og kraftige tidevand. Disse nye okkultationsdata kan også give detaljer om, hvordan atmosfæren varierer i forskellige højder, gør det muligt for forskere at undersøge, om atmosfæren har ændret sig, siden den sidst blev undersøgt.

At fange en skygge

At fange Tritons skygge, mens den løber hen over Jordens overflade ved mere end 37, 000 mph (17 km/s), mens flyet rejser med Mach 0,85 (ca. 652 mph), er ikke ringe præstation. For at sikre, at de er på det rigtige sted på det rigtige tidspunkt, forskere har lavet avancerede observationer af Triton og stjernen med flere teleskoper for at bestemme placeringen af ​​deres skygge. Ud fra disse præcise beregninger, SOFIAs flyveplanlæggere har designet en flyveplan, der vil placere det flyvende observatorium i midten af ​​skyggen i cirka to minutter, mens Triton retter sig ind foran stjernen.

"SOFIA er det eneste observatorium, der er i stand til at placere sig direkte i skyggens midterlinje, samtidig med at man undgår tilslørende skyer, " sagde Ted Dunham, astronom fra Lowell Observatory i Arizona og instrumentforsker for High Speed ​​Photometer for Occultations (HIPO). "Med det dedikerede SOFIA-team og tre instrumenter ombord, vi kan foretage de præcise målinger, der er nødvendige for at studere Tritons atmosfære meget detaljeret."

Selvom det er udfordrende, SOFIAs team har tidligere brugt denne metode til at foretage succesfulde observationer af Plutos atmosfære med SOFIA i 2011 og 2015. Derudover, forskere på SOFIAs forgænger, Kuiper Airborne Observatory, opdagede Uranus' ringe, mens han studerede en okkultation af denne planet i 1977.

Jord- og luftobservationer tager form

Triton har stærkt tidevand, fordi det er tæt på Neptun, meget tættere på Jorden end vores måne er. Disse kraftige tidevand kombineret med dens stærke vinde, ændre formen på dens atmosfære. For at måle den overordnede form af Tritons atmosfære, forskerne arbejder også sammen med mere end 30 jordbaserede teleskoper i det østlige USA og Europa. De fleste af disse teleskoper er ikke placeret, hvor skyggens centrum vil falde, men de vil lave samtidige observationer af forskellige områder af Tritons atmosfære for at få et globalt overblik over dens form. Data fra hele jorden, kombineret med det, der er indsamlet ombord på SOFIA, vil hjælpe forskere med at forstå, hvordan disse kræfter påvirker atmosfæren.

"Den jordbaserede kampagne udvider både de synlige og infrarøde data fra SOFIA, at give os et globalt perspektiv af Tritons atmosfære, "Kimberly Ennico Smith, SOFIA-projektforsker ved NASAs Ames Research Center i Californiens Silicon Valley.

Centrum af Tritons skygge, som forventes at falde over det østlige USA, Atlanterhavet, og Europa, er langt fra SOFIAs hjemmebase ved NASAs Armstrong Flight Research Center i Palmdale, Californien. Til denne flyvning, det flyvende observatorium vil operere fra en midlertidig base i Daytona Beach, Florida, at fuldføre disse observationer. Fra Florida, SOFIA kan nå skyggens centrum og vende tilbage i løbet af en enkelt, ni timers observationsflyvning.