Gwałtowna głębia atmosfery Jowisza. Zaskakujący odczyt prędkości wiatru

Jowisz słynie z charakterystycznych wirujących chmur ogromnego cyklonu (Wielka Czerwona Plama) oraz czerwonych i białych pasm znaczących bieg prądów gazu w głębokich partiach atmosfery. Astronomowie tradycyjnie wykorzystują te ostatnie do śledzenia postępu tamtejszych wiatrów. W pobliżu biegunów astronomowie natomiast zauważyli również dynamiczne poświaty przypominające zorze, które wydają się być związane z silnymi prądami gazu w górnej warstwie atmosfery Jowisza. Do tej pory jednak badacze nie byli w stanie bezpośrednio mierzyć ruchów mas gazu pomiędzy tymi dwoma warstwami atmosferycznymi – w stratosferze.

Mierzenie prędkości wiatru w stratosferze Jowisza przy pomocy techniki śledzenia chmur jest niemożliwe z powodu braku obłoków w tej części atmosfery. Astronomowie posłużyli się zatem ciekawą formą alternatywnej metody pomiarowej. Zadecydowały o tym specyficzne okoliczności: zderzenia z kometą Shoemaker–Levy 9, która w spektakularny sposób została pochłonięta przez gazowego olbrzyma w 1994 roku. Kolizja pozostawiła po sobie nowe cząsteczki w stratosferze Jowisza, gdzie od tamtej pory cyrkulują wraz z wiatrami, ujawniając ich przebieg.

Wspomnianą okoliczność postanowił wykorzystać zespół astronomów, którym kieruje Thibault Cavalié z Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux we Francji. Naukowcy skupili się szczególnie na śledzeniu obiegu cząsteczek cyjanowodoru – aby bezpośrednio zmierzyć stratosferyczne prądy strumieniowe na Jowiszu. „Najbardziej spektakularnym rezultatem jest istnienie silnych strumieni o prędkościach do 400 metrów na sekundę, które są zlokalizowane poniżej zórz polarnych, blisko biegunów” - wskazał Cavalié. Prędkości tych wiatrów, odpowiadające około 1450 km/h ponad dwukrotnie przekraczają maksymalne prędkości osiągane w jowiszowej Wielkiej Czerwonej Plamie oraz ponad trzykrotnie prędkości wiatrów mierzone w najsilniejszych tornadach na Ziemi.

„Nasza detekcja wskazuje, że strumienie te mogą zachowywać się jak gigantyczny wir o średnicy do czterech razy większej niż Ziemia i wysokości około 900 kilometrów” - oświadczył współautor badań, Bilal Benmahi, również z Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux. „Wir tej wielkości byłby unikalną meteorologiczną bestią w naszym Układzie Słonecznym” - skomentował Cavalié.

Astronomowie byli świadomi istnienia silnych wiatrów w pobliżu biegunów Jowisza, ale znacznie wyżej w atmosferze, setki kilometrów ponad obszarem analizowanym w nowych badaniach, których wyniki zostały opublikowane dzisiaj w Astronomy & Astrophysics. Poprzednie badania przewidywały, że wiatry w górnej atmosferze spowalniają prędkość i zanikają na długo przed osiągnięciem stratosfery. „Nowe dane z ALMA pokazują nam coś przeciwnego” - mówi Cavalié, dodając, że znalezienie silnych wiatrów stratosferycznych w pobliżu biegunów Jowisza było „prawdziwą niespodzianką”.

Zespół użył 42 z 66 precyzyjnych anten ALMA, rozmieszczonych na pustyni Atacama w północnym Chile. Przeanalizowano sygnatury molekuł cyjanowodoru poruszające się w stratosferze Jowisza od momentu uderzenia Shoemaker–Levy 9. Dane z ALMA pozwoliły na zmierzenie przesunięcia dopplerowskiego — niewielkich zmian w częstotliwości promieniowania emitowanego przez molekuły – spowodowanego przez wiatry w tym regionie planety. „Mierząc to przesunięcie byliśmy w stanie wydedukować prędkość wiatrów podobnie jak ktoś mógłby ustalić prędkość przejeżdżającego pociągu na podstawie zmiany częstotliwości jego gwizdu” - wyjaśnia współautor badań Vincent Hue, planetolog w Southwest Research Institute w USA.

Poza zaskakującymi wiatrami polarnymi, zespół użył także ALMA do potwierdzenia istnienia silnych wiatrów stratosferycznych wokół równika planety, bezpośrednio mierząc ich prędkość (także po raz pierwszy). Strumienie dostrzeżone w tej części planety mają średnie prędkości około 600 km/h. Obserwacje ALMA, zastosowane do śledzenia wiatrów stratosferycznych na obu biegunach i równiku Jowisza, zajęły mniej niż 30 minut czasu teleskopu. „Duży poziom szczegółów, który osiągnęliśmy w tak krótkim czasie, demonstruje moc obserwatorium ALMA” - zaznaczył Thomas Greathouse, naukowiec z Southwest Research Institute w USA, kolejny współautor badań. „Dla mnie to zdumiewające zobaczyć pierwsze bezpośrednie pomiary tych wiatrów" - dodał.

„Wyniki ALMA otwierają nowe okno do badań obszarów zorzowych Jowisza, co było mocno niespodziewane jeszcze kilka miesięcy temu” - wskazał dalej Cavalié. „Przygotowało to także grunt pod podobne, ale bardziej obszerne pomiary, które mają być wykonane w ramach misji JUICE i jej instrumentu pracującego na falach submilimetrowych" - dodał Greathouse, odnosząc się do szykownej przez Europejską Agencję Kosmiczną misji JUpiter ICy moons Explorer, która ma wystartować w kosmos w przyszłym roku.

Naziemny teleskop ESO, Ekstremalnie Wielki Teleskop (ELT), który będzie odbierał pierwsze światło w późniejszych latach tej dekady, także zbada Jowisza. Teleskop będzie w stanie uzyskiwać bardzo szczegółowe obserwacje zórz polarnych planety, dając nam dalszy wgląd w atmosferę największego gazowego olbrzyma Układu Słonecznego.

Źródło: ESO