利用ALMA对海王星平流层进行多普勒风测量

海王星的对流层风是太阳系中最强烈的风之一,但产生这些风的动力机制仍不确定。在不同压力层测量风速可能有助于理解该行星的大气动力学。本工作的目标是利用ALMA多普勒光谱直接测量海王星平流层中的风。我们推导了海王星在CO(3-2)和HCN(4-3)谱线的多普勒线移图,频率分别为345.8 GHz($\lambda$~0.87 mm)和354.5 GHz(0.85 mm)。为此,我们使用了ALMA于2016年获取的频谱,其空间分辨率在海王星2.24"视盘上约为0.37"。在扣除行星固体自转后,我们推断了纬向风对CO和HCN谱线测得的多普勒线移的贡献。我们开发了一种基于MCMC的检索方法来约束风速的纬度分布。我们发现CO(3-2)和HCN(4-3)谱线分别探测到海王星压力为$2^{+12}_{-1.8}$ mbar和$0.4^{+0.5}_{-0.3}$ mbar的平流层。基于Voyager观测的云追踪,这些高度上的纬向风比对流层风弱。我们发现CO的赤道逆行(向西)风为$-180^{+70}_{-60}$ m/s,HCN为$-190^{+90}_{-70}$ m/s。风强度向中纬度递减,40$^\circ$S处CO风速为$-90^{+50}_{-60}$ m/s,HCN为$-40^{+60}_{-80}$ m/s。风速在约50$^\circ$S处变为0 m/s,并且我们发现环流在60$^\circ$S以南反向为顺行急流。总体而言,我们的直接平流层风测量与先前恒星掩星轮廓的估计以及基于热风平衡的期望相符。这些是在冰巨星上进行的首次直接多普勒风测量,为研究和监测其平流层动力学开辟了新方法。