Μελέτη της ατμόσφαιρας του Ποσειδώνα, σε συνεργασία με Ερασιτέχνες Αστρονόμους

Στον  πλανήτη Ποσειδώνα  λόγω  της μεγάλης απόστασης από τη Γη και του μικρού γωνιακού μέγεθος του  (μέγιστη διάμετρος 2,3”)  δεν  ήταν δυνατόν να  παρατηρηθούν απ’ευθείας κάποια ατμοσφαιρικά χαρακτηριστικά, με εξαίρεση ελάχιστες παρατηρήσεις πολύ χαμηλής ανάλυσης [1]. Ήταν ένας ανεξερεύνητος πλανήτης μέχρι την άφιξη του Voyager 2 το 1989 (Εικόνα 1) [2]. Η εκτόξευση του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble (HST) και η ανάπτυξη της τεχνολογίας Adaptive Optics σε μεγάλα επίγεια τηλεσκόπια  επέτρεψε την παρακολούθηση της ατμοσφαιρικής δραστηριότητα του πλανήτη σε υψηλή ανάλυση.

Χάρτης του πλανήτη Ποσειδώνα με μπλε και πράσινο φίλτρο από την επίσκεψη του Voyager 2 [2].

Εικόνα 1. Χάρτης του πλανήτη Ποσειδώνα με μπλε και πράσινο φίλτρο από την επίσκεψη του Voyager 2 [2].

Ο Ποσειδώνας παρουσιάζει μια ταχέως μεταβαλλόμενη δραστηριότητα που περιλαμβάνει φωτεινά νέφη,  ταινίες και  ζώνες που αλλάζουν με την πάροδο των ετών, μακρόβια σκοτεινά οβάλ και σποραδικά νέφη γύρω από αυτά. Πριν μερικά χρόνια, έγιναν δυνατές και  παρατηρήσεις του πλανήτη σε άλλα μήκη κύματος κάνοντας δυνατή την  μελέτη της θερμικής δομή της στρατόσφαιρας και της τροπόσφαιρας κάτω από τα ορατά σύννεφα [3].

Η διαθεσιμότητα των επαγγελματικών τηλεσκοπίων όμως δεν είναι αρκετή για να παρακολουθήσει την δυναμική ατμόσφαιρα του γίγαντα. Με την εξέλιξη της τεχνολογίας έμπειροι ερασιτέχνες με μικρά τηλεσκόπια (με διαμέτρους από 25 εκ) και επαρκή σύγχρονο εξοπλισμό και λογισμικό (συνήθως εντός του εύρους  610-1000 nm) κατάφεραν την περίοδο 2013-15 να παρατηρήσουν την εξέλιξη φωτεινών κηλίδων σε συνεργασία με τους επαγγελματίες [3].

Στις 10 Ιουνίου του 2017 οι Αυστραλοί ερασιτέχνες αστρονόμοι D. Milika & P. Nicholas ανακαλύπτουν μια φωτεινή κηλίδα (Εικόνα 2) και λίγοι, έμπειροι ερασιτέχνες, από όλο τον κόσμο συμμετέχουν ενεργά στην επιστημονική μελέτη αυτού του σπουδαίου γεγονότος καθ’ όλη τη διάρκειά του. Λίγο αργότερα επιβεβαιώνεται από επαγγελματικές παρατηρήσεις (Εικόνα 3) [4].

Εικόνα 2. Η παρατήρηση-ανακάλυψη της καταιγίδας (ορατή ως φωτεινή κηλίδα) στον Ποσειδώνα από τους ερασιτέχνες D. Milika & P. Nicholas στις 10 Ιουνίου 2017 με τηλεσκόπιο 14″.

Εικόνα 3. Η επιβεβαίωση της καταιγίδας (ορατή ως κυκλική φωτεινή κηλίδα επάνω αριστερά) στον Ποσειδώνα από το τηλεσκόπιο Keck στις 26 Ιουνίου 2017  στα 1.63 μm [4].

Πρόσφατα δημοσιεύθηκαν στο έγκριτο περιοδικό  Icarus [5] (δείτε και στο  Nature[6])  τα αποτελέσματα από την παρατήρηση του πλανήτη το 2ο εξάμηνο του 2017. Αφορούν την ανακάλυψη και εξέλιξη της συγκεκριμένης κηλίδας, ενός μεγάλου (μήκους~ 8500 χλμ.)  φωτεινού νέφους-καταιγίδας (storm) στο υπέρυθρο φάσμα στον ισημερινό του Ποσειδώνα. Το νέφος παρατηρήθηκε για διάστημα 7 μηνών με παρατηρήσεις, που πραγματοποιήθηκαν σε 14 νύχτες με το 10μετρο τηλεσκόπιο  Keck II και σε  17 νύχτες με το 120 ιντσών ανακλαστικό τηλεσκόπιο Shane στο παρατηρητήριο Lick. Το χαρακτηριστικό νέφος ήταν μεγαλύτερο και πιο επίμονο από οποιαδήποτε ισημερινό νέφος έχει παρατηρηθεί μέχρι στιγμής στον Ποσειδώνα, παραμένοντας διαλείπων ενεργό τουλάχιστον από τις 10 Ιουνίου έως τις 31 Δεκεμβρίου 2017.

Εικόνα 4. Animation της πρώτης παρατήρησης (του) φαινομένου στον Ποσειδώνα από την Ελλάδα  στις 18 Οκτωβρίου 2017 με τηλεσκόπιο 14″ (Μάνος Καρδάσης).

Οι παρατηρήσεις από τα παρατηρητήρια Keck and Lick ενισχύθηκαν από 62 τακτικές παρατηρήσεις (οι 5 από την Ελλάδα)  έμπειρων ερασιτεχνών αστρονόμων, οι οποίες επέτρεψαν τον προσδιορισμό των ακριβών ρυθμών ολίσθησης του χαρακτηριστικού νέφους (Εικόνα 5).

Εικόνα 5. Οι ερασιτέχνες αστρονόμοι που κατάφεραν να παρατηρήσουν την καταιγίδα με τον αριθμό των επιτυχών καταγραφών.

Η ζωνική ταχύτητα μετατόπισης του ήταν μεταβλητή από τις 10 Ιουνίου έως τις 25 Ιουλίου, αλλά παρέμεινε σταθερή σε 237,4 ± 0,2 m/s από τις 30 Σεπτεμβρίου έως τις 15 Νοεμβρίου τουλάχιστον. Κατά τη διάρκεια των παρατηρήσεών, καταγράφηκαν  πολλά γεγονότα διάσπασης νεφών. Δεν βρέθηκαν σκουρόχρωμες κηλίδες κοντά στον ισημερινό στις παρατηρήσεις του HST στις 6 και 7 Οκτωβρίου [5]. Στην εργασία αναλύονται όλα τα μετεωρολογικά χαρακτηριστικά του πλανήτη που παρατηρήθηκαν την συγκεκριμένη περίοδο.

Εικόνα 6. Παρατήρηση της καταιγίδας  από την Ελλάδα  στις 19 Οκτωβρίου 2017 με τηλεσκόπιο 11″ (Δημήτρης Κολοβός)

Στην έρευνα συνεισέφεραν και δύο ‘Έλληνες Ερασιτέχνες Αστρονόμοι. Είναι η πρώτη φορά που παρατηρείται οποιαδήποτε ατμοσφαιρική δραστηριότητα στον Ποσειδώνα από την χώρα μας (Εικόνες 4, 6-8).


Εικόνες 7a&β. Παρατηρήσεις της καταιγίδας από την Ελλάδα  στις 21 Οκτωβρίου 2017 με τηλεσκόπια 14″ & 11″ ( (Μάνος Καρδάσης & Δ.Κολοβός)

Εικόνα 8. Η τελευταία παρατήρηση της καταιγίδας στον Ποσειδώνα από την Ελλάδα  στις 7 Νοεμβρίου 2017 με τηλεσκόπιο 14″  και ψευδοχρωματισμό (Μάνος Καρδάσης)

Οι ερασιτεχνικές παρατηρήσεις κινητοποίησαν την επαγγελματική κοινότητα, ήταν τακτικές, οπότε έγιναν εφικτοί υπολογισμοί όπως του ρυθμού ολίσθησης και του πλάτους (Εικόνα 9)  και έτσι ήταν γνωστό πότε ακριβώς να προγραμματιστεί η παρατήρηση από μεγάλα τηλεσκόπια.

 

Εικόνα 9. Η μεταβολή κατά Ποσειδώνιο πλάτος της καταιγίδας όπου αποτυπώνεται ο αριθμός και ο χρόνος όλων των παρατηρήσεων (οι ερασιτεχνικές είναι οι μπλε κουκίδες) {Γράφημα 5 από [5]}

Αναφορές

[1] Hammel H.B.,1989, Discrete Clouds on Neptune, Icarus, vol. 80, p. 14-22.

[2] Smith et al. 1989, Voyager 2 at Neptune: Imaging Science Results, Science, vol. 246, p. 1422-1449.

[3] R. Hueso et al. 2017, Neptune long-lived atmospheric features in 2013-2015 from small (28-cm) to large (10-m) telescopes, Icarus, vol. 295, p. 89-109

[4] New Storm Makes Surprise Appearance on Neptune (Aug 2, 2017): New Storm Makes Surprise Appearance On Neptune

[5] E. Molter et al. 2019, Analysis of Neptune’s 2017 Bright Equatorial Storm, Icarus, vol. 321, p. 324-345.

[6] Nature Research Highlights (Dec 5, 2018): Epic storm roils a tranquil region of Neptune-Amateur astronomers help to track a disturbance in the icy planet’s atmosphere




Παρουσίαση στο 8ο ΠΣΕΑ για συνεργασίες Επαγγελματιών-Ερασιτεχνών στην παρατήρηση των αέριων γιγάντων

Η εργασία αυτή παρουσιάστηκε στο 8ο Πανελλήνιο Συνέδριο Ερασιτεχνικής Αστρονομίας στη Θάσο (11 – 13 Οκτωβρίου 2013).

Η ανάγκη συνεργασίας Επαγγελματιών-Ερασιτεχνών στην παρατήρηση των αέριων γιγάντων

Eμμανουήλ Kαρδάσης, Γρηγόρης Μαραβέλιας, Απόστολος Χρήστου, Padma Yanamandra-Fisher, Glenn Orton, John H. Rogers, Michel Jacquesson, Marc Delcroix

Περίληψη
Η παρατήρηση των αέριων πλανητών είναι υψηλού επιστημονικού ενδιαφέροντος. Παρά το γεγονός ότι υπήρξαν στόχοι των διαφόρων διαστημικών αποστολών, η ανάγκη για συνεχείς επίγειες παρατηρήσεις παραμένει. Οι ατμόσφαιρες τους παρουσιάζουν μια ιδιαίτερα δυναμική και ταχέως εξελισσόμενη συμπεριφορά όπου η διαθεσιμότητα των επαγγελματικών τηλεσκοπίων δεν είναι αρκετή για να τις παρακολουθήσει. Από την άλλη πλευρά, πολλοί ερασιτέχνες με μικρά τηλεσκόπια (με τυπικές διαμέτρους από 15-60 εκ) και επαρκή σύγχρονο εξοπλισμό και λογισμικό μπορούν να παρακολουθήσουν αυτές τις αλλαγές καθημερινά (εντός του εύρους 360-900 nm). Οι παρατηρήσεις τους και οι καταγραφές τους είναι συνεχείς και δεν είναι ασυνήθιστο να κινητοποιήσουν επαγγελματικές παρατηρήσεις σε περιπτώσεις εξαιρετικά σπάνιων και σημαντικών γεγονότων.

Οι ερασιτέχνες είναι σε θέση να καταγράφουν τη δομή και την εξέλιξη των ατμοσφαιρικών χαρακτηριστικών, όπως διαταραχές μεγάλης κλίμακας, δίνες, καταιγίδες και πολλά άλλα φαινόμενα. Η φωτομετρική παρακολούθηση αστρικών αποκρύψεων από τους πλανήτες μπορεί να αποκαλύψει χωρικές/χρονικές ατμοσφαιρικές διαφοροποιήσεις. Επιπλέον, η συνεχής ερασιτεχνική παρακολούθηση οδήγησε στην ανακάλυψη προσκρούσεων μετεωροειδών (fireballs) στην ατμόσφαιρα του Δία, οι οποίες παρέχουν πληροφορίες όχι μόνο για την βαρυτική επίδραση του πλανήτη αλλά και για τις ιδιότητες των προσκρουόντων σωμάτων.

Έτσι, ο συντονισμός και η επικοινωνία μεταξύ των επαγγελματιών και των ερασιτεχνών κρίνεται ιδιαίτερα σημαντική. Παρουσιάζουμε παραδείγματα τέτοιων συνεργασιών όπου: α) οργανώνουν συστηματικές παρατηρήσεις και βάσεις δεδομένων σε διαφορετικά μήκη κύματος, β) εξετάζουν τη μεταβλητότητα των ατμοσφαιρικών χαρακτηριστικών του Δία (ομάδα JUPOS) και του Κρόνου, γ) παρέχουν με βάση επαγγελματικές και κυρίως ερασιτεχνικές παρατηρήσεις από τη Γη, την αναγκαία χωρική και χρονική ανάλυση των χαρακτηριστικών που θα παρατηρηθούν από την αποστολή Juno, δ) διερευνούν τις βίντεο-παρατηρήσεις του Δία για να ανιχνεύσουν προσκρούσεις μικρών αντικειμένων, ε) οργανώνουν εκστρατείες παρατήρησης αποκρύψεων.

Μπορείτε να δείτε το κείμενο της εργασίας (αρχείο .pdf).

Μπορείτε επίσης να παρακολουθήσετε την παρουσίαση εδώ:




Δημοσίευση πάνω στην ανάγκη συνεργασίας Επαγγελματιών-Ερασιτεχνών στην παρατήρηση των αέριων γιγάντων

Μια σημαντική δημοσίευση στα πλαίσια συνεργασίας επαγγελματιών-ερασιτεχνών στον χώρο παρατήρησης αέριων γιγάντων έγινε στο περιοδικό της Βρετανικής Αστρονομικής Ένωσης (Journal of British Astronomical Association). Η εργασία αυτή είναι το αποτέλεσμα επέκτασης μιας προηγούμενης δημοσίευσης που έγινε στο 8ο ΠΣΕΑ. Πιο συγκεκριμένα:

The need for Professional-Amateur collaborations in studies of Jupiter and Saturn

Emmanuel Kardasis, John H. Rogers, Glenn Orton, Marc Delcroix, Apostolos Christou, Mike Foulkes, Padma Yanamandra-Fisher, Michel Jacquesson, Grigoris Maravelias

The observation of gaseous giant planets is of high scientific interest. Although they have been the targets of several spacecraft missions, there still remains a need for continuous ground-based observations. As their atmospheres present fast dynamic environments on various time scales, the availability of time at professional telescopes is neither uniform nor of sufficient duration to assess temporal changes. However, numerous amateurs with small telescopes (of 15-40 cm) and modern hardware and software equipment can monitor these changes daily (within the 360-900nm range). Amateurs are able to trace the structure and the evolution of atmospheric features, such as major planetary-scale disturbances, vortices, and storms. Their observations provide a continuous record and it is not uncommon to trigger professional observations in cases of important events, such as sudden onset of global changes, storms and celestial impacts. For example, the continuous amateur monitoring has led to the discovery of fireballs in Jupiter’s atmosphere, providing information not only on Jupiter’s gravitational influence but also on the properties and populations of the impactors. Photometric monitoring of stellar occultations by the planets can reveal spatial/temporal variability in their atmospheric structure. Therefore, co-ordination and communication between professionals and amateurs is important. We present examples of such collaborations that: (i) engage systematic multi-wavelength observations and databases, (ii) examine the variability of cloud features over timescales from days to decades, (iii) provide, by ground-based professional and amateur observations, the necessary spatial and temporal resolution of features that will be studied by the interplanetary mission Juno, (iv) investigate video observations of Jupiter to identify impacts of small objects, (v) carry out stellar-occultation campaigns.

Την δημοσίευση μπορείτε να την βρείτε στο arXiv: 1503.07878 ή απευθείας από το περιοδικό JBAA (2016), Τεύχος 126, σελ. 29.




Δημοσίευση με ελληνικές οπτικές παρατηρήσεις Δία

Σε μια πρόσφατη εργασία, όπου αναλύονται ραδιοφωνικές παρατηρήσεις για την μελέτη της ατμόσφαιρας του Δία κάτω από τα ορατά της στρώματα, γίνεται και χρήση παρατηρήσεων στο οπτικό μέρος του φάσματος με συμμετοχή δύο Ελλήνων παρατηρητών, του Μάνου Καρδάση (μέλος του ΣΕΑ) και του Γιάννη Ροζάκη.

Οι ερευνητές μελέτησαν την αμμωνία στα στρώματα της ατμόσφαιρας με πιέσεις από ~0.5 ως ~10 bar (δηλαδή μέχρι βάθος 100 km), και πως αυτή κατανέμεται σε ένα “τρισδιάστατο” χάρτη. Η αμμωνία οδηγείται από τα βάθη (που μπόρεσαν να παρατηρήσουν) μέχρι τα ανώτερα στρώματα, όπου τελικά το αέριο ψύχεται και δημιουργεί νέφη παγωμένης αμμωνίας. Το υπόλοιπο αέριο στη συνέχεια βυθίζεται πάλι προς τα κάτω, σε περιοχές που παρουσιάζουν έλλειψη αμμωνίας. Οι διάφορες λαμπρές/σκοτεινές περιοχές στα ραδιοφωνικά κύματα συσχετίζονται άμεσα με χαρακτηριστικά στο υπέρυθρο (πχ πηγές στα 5μm – “hot spots”) και στο οπτικό (πχ Μεγάλη Κόκκινη Κηλίδα, “άσπρα οβάλ”), συνδέοντας αυτά τα χαρακτηριστικά με τους μηχανισμούς γέννεσης τους βαθύτερα μέσα στην ατμόσφαιρα.

Η δημοσίευση είναι:
Imke de Pater, R. J. Sault, Bryan Butler, David DeBoer, Michael H. Wong
“Peering through Jupiter’s clouds with radio spectral imaging”
Science, 2016, 352, 1198

Σύνδεσμοι:
Science
Berkeley News
The Gurdian




Παρουσίαση στο EPSC 2013 για ψηφιακές παρατηρήσεις πλανητών κατά την διάρκεια της ημέρας

Κατά την διάρκεια του European Planetary Science Congress 2013 (8-13 Σεπτεμβρίου, 2013, Λονδίνο, Ηνωμένο Βασίλειο) παρουσιάστηκε (σε μορφή αφίσας) η παρακάτω εργασία:

Digital daylight observations of the planets with small telescopes

Emmanuel (Manos) I. Kardasis

Abstract
Planetary atmospheres are extremely dynamic, showing a variety of phenomena at different spatial and temporal scales, therefore continuous monitoring is required. Amateur astronomers have provided the astronomical community with a great amount of observations, some of which are unique, made under difficult observational conditions. When the planets are close to the sun, observations can only be made either in twilight or in broad daylight. The use of digital technology in recent years has made feasible daytime planetary observing programs. In this work we present the methodology and some results of digital daylight observations (DDO) of planets obtained with a small telescope (11inches, 0.28 m). This work may motivate more observers to digitally observe the planets during the day especially when this can be important and unique.

Μπορείτε να βρείτε την εργασία είτε τοπικά από το site μας (αρχείο .pdf), είτε από το ίδιο το EPSC site (2013, EPSC, 8, 795).




Παρουσίαση στο 8ο ΠΣΕΑ για παρατηρήσεις πλανητών κατά την διάρκεια της ημέρας

Η εργασία αυτή παρουσιάστηκε στο 8ο Πανελλήνιο Συνέδριο Ερασιτεχνικής Αστρονομίας στη Θάσο (11 – 13 Οκτωβρίου 2013), και αποτελεί μια επέκταση της δουλειάς που παρουσιάστηκε το European Planetary Science Congress 2013 (Λονδίνο).

Ψηφιακές παρατηρήσεις πλανητών κατά την διάρκεια της ημέρας

Eμμανουήλ Kαρδάσης

Περίληψη
H καταγραφή των πλανητών αποτελεί πάντα μια ιδιαίτερη, και πολλές φορές δύσκολη, διαδικασία λόγω της θέσης τους στον ουράνιο θόλο. Οι εσωτερικοί πλανήτες βρίσκονται φαινομενικά κοντά στον Ήλιο για μεγάλες περιόδους. Επίσης, οι πλανήτες με ατμόσφαιρες παρουσιάζουν δυναμικά και ταχέως εξελισσόμενα φαινόμενα τόσο στο χρόνο όσο και στη θέση τους. Επομένως, απαιτείται η συνεχής παρακολούθησή τους που καλύπτεται σε μεγάλο βαθμό από τις παρατηρήσεις ερασιτεχνών αστρονόμων, ορισμένες από τις οποίες είναι μοναδικές. Παραδοσιακά οι παρατηρήσεις αυτές πραγματοποιούνται με τον Ήλιο κάτω από τον ορίζοντα με αποτέλεσμα όταν οι οι πλανήτες είναι φαινομενικά κοντά στον Ήλιο να υπάρχει ένα παρατηρησιακό κενό. Ωστόσο, η χρήση της ψηφιακής τεχνολογίας τα τελευταία χρόνια έχει κάνει εφικτή την καταγραφή τους ακόμα και με τον Ήλιο πάνω από τον ορίζοντα, στο φως της ημέρας. Σε αυτή την εργασία παρουσιάζονται η μεθοδολογία και ενδεικτικά αποτελέσματα ψηφιακών ημερήσιων παρατηρήσεων (Ψ.Η.Π., Digital Daylight Observations DDO) των πλανητών με ένα ερασιτεχνικό τηλεσκόπιο (11ίντσες ή 0,28 μ.). Σκοπός της είναι να αποτελέσει κίνητρο για παρατήρηση κατά τη διάρκεια της ημέρας ειδικά όταν αυτό μπορεί να είναι σημαντικό και μοναδικό.

Μπορείτε να δείτε το κείμενο της εργασίας (αρχείο .pdf).

Μπορείτε επίσης να παρακολουθήσετε την παρουσίαση εδώ:




Πλανήτης Δίας, μια σύνοψη της ονοματολογίας των σχηματισμών, και η μελέτη της δυναμικής της ατμόσφαιρας.

ΠΡΟΛΟΓΟΣ
Μεγαλύτερος από όλους τους άλλους πλανήτες και δορυφόρους μαζί, ο Δίας είναι
ένας κολοσσός πλούσιος σε τηλεσκοπικές λεπτομέρειες και εναλλασσόμενους
σχηματισμούς.
Η ατμόσφαιρα του Δία χαρακτηρίζεται από εναλλασσόμενες Ταινίες (Belts) και
συστροφές πολύχρωμων νεφών και ένα εκπληκτικό σύστημα καταιγίδων.
Η ατμόσφαιρα του πλανήτη, με περίοδο περιστροφής περίπου 9,85 ωρών, είναι σε
συνεχή κίνηση οδηγούμενη από την θερμότητα η οποία “δραπετεύει” από το θερμό
εσωτερικό του και από το Ηλιακό φως το οποίο απορροφάται από επάνω.

 

Για το πλήρες κείμενο πατήστε εδώ:  Στέλλας Ι. – Οδηγός Δία (1999)