Kosmiczny Teleskop Webba odkrywa nową cechę w atmosferze Jowisza – „to nas całkowicie zaskoczyło”

W wąskim strumieniu w pobliżu równika Jowisza wiatry osiągają prędkość 320 mil na godzinę.

Jowisz Zawiera niektóre z najbardziej godnych uwagi cech atmosfery naszego Układu Słonecznego. Wielka Czerwona Plama planety, wystarczająco duża, aby pokryć Ziemię, jest prawie tak samo rozpoznawalna jak niektóre rzeki i góry na planecie, którą nazywamy domem.

Jednakże, podobnie jak Ziemia, Jowisz stale się zmienia i jest wiele rzeczy na temat tej planety, których musimy się jeszcze dowiedzieć. NASA’S Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba Odkrywa niektóre z tych tajemnic, ujawniając nowe cechy Jowisza, których wcześniej nie widzieliśmy, w tym szybki odrzutowiec pędzący nad równikiem planety. Chociaż strumień strumieniowy nie jest tak wyraźny i oszałamiający wizualnie jak niektóre inne cechy Jowisza, daje naukowcom fascynujący wgląd w to, jak warstwy atmosfery planety oddziałują ze sobą i w jaki sposób Webb pomoże w tych badaniach w przyszłości.

Naukowcy korzystający z kamery NIRCam (kamery bliskiej podczerwieni) należącego do NASA Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba wykryli szybki strumień odrzutowy znajdujący się tuż nad równikiem Jowisza, nad powierzchniami głównych chmur. Przy długości fali 2,12 mikrona, którą obserwuje się na wysokościach około 20–35 kilometrów nad wierzchołkami chmur Jowisza, naukowcy zaobserwowali kilka uskoków wiatru, czyli obszarów, w których prędkość wiatru zmienia się wraz z wysokością lub odległością, co umożliwiło im obserwować ślad Samolotu. To zdjęcie uwypukla kilka cech w okolicy równikowej Jowisza, które pomiędzy jednym obrotem planety (10 godzin) są wyraźnie zakłócane przez ruch strumienia strumieniowego. Zdjęcia: NASA, ESA, CSA, STScI, Ricardo Hueso (UPV), Emke de Pater (UC Berkeley), Thierry Foucher (Obserwatorium Paryskie), Lee Fletcher (Uniwersytet w Leicester), Michael H. Wong (Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley) ), Josepha DePasquale (STScI)

Kosmiczny Teleskop Webba odkrywa nową cechę w atmosferze Jowisza

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba odkrył nową, nigdy wcześniej nie widzianą cechę w atmosferze Jowisza. Szybki odrzutowiec, szeroki na ponad 4800 km, znajduje się nad równikiem Jowisza, nad powierzchniami głównych chmur. Odkrycie tego dżetu daje wgląd w to, jak warstwy burzliwej atmosfery Jowisza oddziałują ze sobą i w jaki sposób Webb jest w stanie śledzić te cechy.

„To coś, co nas całkowicie zaskoczyło” – powiedział Ricardo Hueso z Uniwersytetu Kraju Basków w Bilbao w Hiszpanii, główny autor artykułu opisującego ustalenia. „To, co zawsze postrzegaliśmy jako rozmytą mgłę w atmosferze Jowisza, teraz wydaje się wyraźnymi cechami, które możemy śledzić wraz z szybkim obrotem planety”.

Unikalne możliwości obrazowania Webba

Zespół badawczy przeanalizował dane z kamery Webb NIRCam (kamery bliskiej podczerwieni) zarejestrowanej w lipcu 2022 r. Program naukowy wczesnego wydania – współprowadzony przez Imke de Pater z Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley i Thierry Foucher z Obserwatorium Paryskiego – został zaprojektowany do wykonywania zdjęć Jowisza w odstępie 10 godzin, czyli jednego dnia Jowisza, przy użyciu czterech różnych filtrów, z których każdy ma wyjątkową zdolność do wykrywania zmian w małych obiektach na różnych wysokościach atmosfery Jowisza.

Jowisz ma warstwową atmosferę, a ta ilustracja pokazuje, w jaki sposób Webb ma wyjątkową zdolność gromadzenia informacji z wyższych warstw atmosfery niż wcześniej. Naukowcom udało się wykorzystać Webba do określenia prędkości wiatru w różnych warstwach atmosfery Jowisza w celu wyizolowania szybkiego strumienia. Obserwacje Jowisza prowadzono w odstępie 10 godzin, czyli w ciągu jednego dnia Jowiszowego, przy użyciu trzech różnych, opisanych tutaj filtrów, z których każdy ma wyjątkową zdolność do wykrywania zmian w małych obiektach na różnych wysokościach atmosfery Jowisza. Zdjęcia: NASA, ESA, CSA, STScI, Ricardo Hueso (UPV), Emke de Pater (UC Berkeley), Thierry Foucher (Obserwatorium Paryskie), Lee Fletcher (Uniwersytet w Leicester), Michael H. Wong (Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley) , Andy James (STScI)

„Chociaż wiele naziemnych teleskopów i statków kosmicznych, takich jak należąca do NASA sonda Juno i… CassiniI NASA Kosmiczny teleskop Hubble De Pater obserwował zmieniające się wzorce pogodowe w układzie Jowisza, a Webb dostarczył już nowych odkryć na temat pierścieni, satelitów i atmosfery Jowisza.

Kontrastujące warstwy atmosfery

Chociaż Jowisz różni się od Ziemi pod wieloma względami – Jowisz jest gazowym olbrzymem, a Ziemia to umiarkowany, skalisty świat – obie planety mają warstwowe atmosfery. Długości fal podczerwonych, widzialnych, radiowych i ultrafioletowych obserwowane przez te inne misje pozwalają wykryć dolne i głębsze warstwy atmosfery planety – gdzie Gigantyczne burze Występują chmury lodu amoniakalnego.

Z drugiej strony widok Webba położony dalej w bliskiej podczerwieni niż wcześniej jest wrażliwy na wyższe warstwy atmosfery, około 25–50 kilometrów nad wierzchołkami chmur Jowisza. Na obrazach w bliskiej podczerwieni mgła występująca na dużych wysokościach zazwyczaj wydaje się zamglona, ​​a jej jasność jest większa nad obszarem równikowym. Dzięki technologii Web drobne szczegóły są rozpoznawane w rozmytym, jasnym paśmie.

Ta ilustracja przedstawiająca błyskawice, wieże konwekcyjne (grzmoty), chmury głębinowe i prześwit w atmosferze Jowisza opiera się na danych zebranych przez sondę kosmiczną Juno, Kosmiczny Teleskop Hubble’a i Obserwatorium Gemini. Juno wykrywa sygnały radiowe generowane przez wyładowania atmosferyczne. Ponieważ fale radiowe mogą przechodzić przez wszystkie warstwy chmur Jowisza, Juno jest w stanie wykryć błyskawice w głębokich chmurach, a także błyskawice po dziennej stronie planety. Hubble wykrywa światło słoneczne odbijające się od chmur w atmosferze Jowisza. Różne długości fal wnikają na różne głębokości w chmurach, dając badaczom możliwość określenia względnych wysokości wierzchołków chmur. Gemini mapuje grubość zimnych chmur, które blokują termiczne światło podczerwone z cieplejszych warstw atmosfery poniżej chmur. Gęste chmury wydają się ciemne na mapach w podczerwieni, podczas gdy polany wydają się jasne. Zbiór obserwacji można wykorzystać do trójwymiarowego mapowania struktury chmur i wyciągania wniosków o szczegółach cyrkulacji atmosferycznej. Grube, wysokie chmury tworzą się, gdy unosi się wilgotne powietrze (upwelling wody i aktywna konwekcja). Wydmuchy tworzą się tam, gdzie opada bardziej suche (dolne) powietrze. Pokazane chmury wznoszą się pięciokrotnie wyżej niż podobne wieże konwekcyjne w stosunkowo płytkiej atmosferze Ziemi. Przedstawiony obszar obejmuje obszar poziomy o jedną trzecią większy niż kontynentalne Stany Zjednoczone. Zdjęcia: NASA, ESA, M. H. Wong (UC Berkeley) i A. James i MW Carruthers (STScI)

Charakterystyka nowego strumienia strumieniowego

Nowo odkryty strumień odrzutowy porusza się z prędkością około 515 kilometrów na godzinę, czyli dwa razy szybciej niż utrzymujące się wiatry wiejące na powierzchni Ziemi. Huragan piątej kategorii Tutaj na ziemi. Znajduje się około 40 kilometrów nad chmurami, w dolnej stratosferze Jowisza (patrz grafika powyżej).

Porównując wiatry obserwowane przez Webba na dużych wysokościach z wiatrami obserwowanymi przez Hubble’a w głębszych warstwach, zespół był w stanie zmierzyć, jak szybko wiatr zmienia się wraz z wysokością i generuje uskok wiatru.

Podczas gdy znakomita rozdzielczość Webba i zasięg długości fali pozwoliły na wykrycie cech małych chmur wykorzystywanych do śledzenia dżetu, uzupełniające obserwacje z Hubble’a wykonane dzień po obserwacjach Webba były również kluczowe dla określenia stanu podstawowego atmosfery równikowej Jowisza i obserwacji rozwoju równikowych burz konwekcyjnych Jupiter nie jest podłączony do drona.

„Wiedzieliśmy, że różne długości fal Webba i Hubble’a ujawnią trójwymiarową strukturę chmur burzowych, ale mogliśmy również wykorzystać czas gromadzenia danych, aby zobaczyć, jak szybko rozwijają się burze” – dodał członek zespołu Michael Wong z Uniwersytetu Kalifornijskiego , Kalifornia. Kalifornia, Berkeley, który kierował powiązanymi obserwacjami Hubble’a.

Przyszłe obserwacje i implikacje

Naukowcy nie mogą się doczekać dodatkowych obserwacji Jowisza za pomocą Webba, aby ustalić, czy prędkość i wysokość samolotu zmieniają się w czasie.

„Jowisz charakteryzuje się złożonym, ale powtarzalnym wzorcem wiatrów i temperatur w stratosferze równikowej, wysoko nad wiatrami w chmurach i mgle mierzonymi na tych długościach fal” – wyjaśnił członek zespołu Lee Fletcher z Uniwersytetu w Leicester w Wielkiej Brytanii. „Jeśli siła tego nowego dżetu zostanie powiązana z oscylującym wzorem stratosfery, możemy spodziewać się, że dżet ulegnie dramatycznym zmianom w ciągu najbliższych dwóch do czterech lat – przetestowanie tej teorii w nadchodzących latach będzie naprawdę interesujące”.

Kontynuował: „To dla mnie niesamowite, że po latach śledzenia chmur i wiatrów Jowisza w licznych obserwatoriach wciąż mamy więcej do nauczenia się o Jowiszu, a obiekty takie jak ten mogą pozostać niewidoczne do czasu wykonania nowych zdjęć za pomocą kamery NIRCam w 2022 roku. .” „. Fletchera.

Wyniki badaczy opublikowano niedawno w czasopiśmie „ Astronomia przyrodnicza.

Odniesienie: „Wąski, skondensowany dżet równikowy w dolnej stratosferze Jowisza obserwowany przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba” Ricardo Hueso, Agustín Sanchez-La Vega, Thierry Foucher, Imke de Pater, Arati Antoniano, Lee N. Fletcher, Michael H. Wong i Pablo Rodriguez-Offaly, Lawrence A. Sromowski, Patryk M. Frey, Glenn S. Orton, Sandrine Girlet, Patrick J. J. Irwin, Emmanuel Lelouch, Jake Harkett, Catherine de Clare, Henrik Melin, Vincent Hue, Amy A. Simon, Statia Luszcz-Cook i Kunio M. Sayanagi, 19 października 2023 r., Astronomia przyrodnicza.
doi: 10.1038/s41550-023-02099-2

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest wiodącym na świecie obserwatorium nauk o kosmosie. Webb rozwiązuje tajemnice naszego Układu Słonecznego, spogląda poza odległe światy wokół innych gwiazd i bada tajemnicze struktury i pochodzenie naszego wszechświata oraz nasze w nim miejsce. WEB to międzynarodowy program prowadzony przez NASA wraz z partnerami Europejską Agencją Kosmiczną (ESA).Europejska Agencja Kosmiczna) i Kanadyjska Agencja Kosmiczna.