100-letnie burze podważają nasze rozumienie gazowych gigantów

Podczas swojej siedmioletniej misji Solstice Cassini obserwowała wybuch ogromnej burzy, która otoczyła Saturna. Naukowcy uważają, że takie burze są częściowo związane z sezonowym wpływem światła słonecznego na atmosferę Saturna. Źródło zdjęcia: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Ogromne burze pozostawiają ślady w atmosferze Saturna na wieki.

Naukowcy odkryli długotrwałe gigantyczne burze Saturnjest podobne do JowiszWielkiej Czerwonej Plamy, badając emisje radiowe i zaburzenia gazowego amoniaku. Badania ujawniają znaczące różnice w atmosferach między gazowymi olbrzymami, kwestionują obecne rozumienie gigantycznych burz i dostarczają nowych spostrzeżeń, które mogą wpłynąć na przyszłe badania egzoplanet.

Wielka Czerwona Plama i nowe odkrycia na Saturnie

Największa burza w Układzie Słonecznym, antycyklon o szerokości 10 000 mil, znany jako Wielka Czerwona Plama, zdobi powierzchnię Jowisza od setek lat.

Nowe badanie ujawnia, że ​​Saturn, choć skromniejszy w porównaniu z kolorowym wyglądem Jowisza, ma również gigantyczne, długotrwałe burze. Burze te mają głęboki wpływ na atmosferę, która trwa przez wieki.

Metodologia badania

Badania prowadzili astronomowie Uniwersytet Kalifornijski w Berkeleyoraz University of Michigan Ann Arbor. Zbadali emisje radiowe z planety, które pochodzą spod powierzchni, i odkryli długotrwałe zakłócenia w dystrybucji gazowego amoniaku.

Badanie zostało opublikowane 11 sierpnia w czasopiśmie Postęp nauki.

Zdjęcie radiowe Saturna zostało wykonane przez VLA w maju 2015 r., z jaśniejszymi emisjami radiowymi z Saturna i odjętymi pierścieniami w celu zwiększenia kontrastu w słabszych emisjach radiowych między różnymi pasmami równoleżnikowymi w atmosferze. Ponieważ amoniak blokuje fale radiowe, jasne obiekty wskazują obszary, w których amoniak jest wyczerpany, a VLA może zajrzeć głębiej w atmosferę. Szeroki, jasny pas na północnych szerokościach geograficznych jest następstwem burzy na Saturnie w 2010 roku, która najwyraźniej wyczerpała gazowy amoniak pod lodową chmurą amoniaku, co widzimy gołym okiem. Źródło: RJ Sault i I. de Pater

Natura mega burz

Gigantyczne burze występują na Saturnie co około 20 do 30 lat i są podobne do huraganów na Ziemi, chociaż są znacznie większe. Ale w przeciwieństwie do ziemskich huraganów, nikt nie wie, dlaczego masowe burze występują w atmosferze Saturna, która składa się głównie z wodoru i helu ze śladami metanu, wody i amoniaku.

„Zrozumienie mechanizmów największych burz w Układzie Słonecznym umieszcza teorię huraganów w szerszym kontekście kosmicznym, kwestionując naszą obecną wiedzę i przesuwając granice ziemskiej meteorologii” – powiedział główny autor Cheng Li, były pracownik UCLA 51 Peg b. Berkeley, a obecnie jest adiunktem na Uniwersytecie Michigan.

eksploracja i narzędzia

Imke de Pater, emerytowany profesor astronomii oraz nauk o Ziemi i planetach UC Berkeley, od ponad czterech dekad bada gazowe olbrzymy, aby lepiej zrozumieć ich skład i to, co czyni je wyjątkowymi, używając teleskopu Karl G. Jansky Very Large Array w Nowym Meksyku do sondować emisje radiowe z głębi planety.

W polu widzenia pasmowa atmosfera Saturna wydaje się płynnie przechodzić od koloru do koloru. Jednak tu, w świetle radiowym — dane VLA nałożone na zdjęcie Saturna z sondy Cassini — odrębna natura pasm jest wyraźna. Naukowcy wykorzystali dane VLA, aby lepiej zrozumieć amoniak w atmosferze gazowego giganta i dowiedzieli się, że gigantyczne burze przenoszą amoniak z górnych warstw atmosfery do niższych. Źródło: S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF), I. de Pater i in. (UC Berkeley)

„Na falach radiowych sondujemy pod widocznymi warstwami chmur na gigantycznych planetach. Ponieważ reakcje chemiczne i dynamika zmieniają skład atmosfery planety, wymagane są obserwacje poniżej tych warstw chmur, aby ograniczyć skład prawdziwej atmosfery planety, co jest kluczem parametr dla modeli formowania się planet.” „Obserwacje radiowe pomagają scharakteryzować procesy dynamiczne, fizyczne i chemiczne, w tym wymianę ciepła, tworzenie się chmur i konwekcję w atmosferach gigantycznych planet, zarówno w skali globalnej, jak i lokalnej”.

Zaskakujące wyniki

Jak podano w nowym badaniu, doktorant z UC Berkeley, Chris Moeckel, de Pater, odkrył coś zaskakującego w emisjach radiowych planety: anomalie stężenia amoniaku w atmosferze, które powiązali z wcześniejszymi zdarzeniami potężnych burz na półkuli północnej. planety.

Wpływ na stężenie amoniaku i różnice atmosferyczne

Według zespołu stężenie amoniaku jest niższe na średnich wysokościach, poniżej górnej warstwy chmur amoniaku i lodu, ale zwiększa się na niższych wysokościach, 100 do 200 kilometrów głębiej w atmosferę. Uważają, że amoniak jest transportowany z górnych warstw atmosfery do niższych poprzez procesy wytrącania i ponownego parowania. Co więcej, efekt ten może trwać przez setki lat.

Porównanie Saturna i Jowisza

Badanie ujawniło ponadto, że chociaż zarówno Saturn, jak i Jowisz są zbudowane z gazowego wodoru, te dwa gazowe olbrzymy znacznie się różnią. Chociaż Jowisz ma anomalie troposferyczne, są one ograniczone przez jego regiony (białe pasy) i pasy (ciemne pasy) i nie są spowodowane przez burze, jak to ma miejsce na Saturnie. Znacząca różnica między sąsiednimi gazowymi olbrzymami podważa obecne rozumienie powstawania gigantycznych burz na gazowych olbrzymach i innych planetach. Może to również wpłynąć na sposób znajdowania i badania tych burz na egzoplanetach w przyszłości.

Źródło: „The Deep Long-Term Impact of Saturn’s Giant Storms” Cheng Li, Emke de Pater, Chris Moeckel, RJ Salt, Brian Butler, David de Boer i Zhiming Zhang, 11 sierpnia 2023 r., Dostępne tutaj. Postęp nauki.
DOI: 10.1126/sciadv.adg9419

National Radio Astronomy Observatory (NRAO) jest obiektem National Science Foundation, obsługiwanym na podstawie umowy o współpracy przez Associated Universities Inc.