Kraftige stratosfæriske vinde målt på Jupiter for første gang

Ved at bruge Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), hvor European Southern Observatory (ESO) er partner, et hold astronomer har direkte målt vind i Jupiters mellematmosfære for første gang. Ved at analysere eftervirkningerne af en kometkollision fra 1990'erne, forskerne har afsløret utrolig kraftige vinde, med hastigheder på op til 1450 kilometer i timen, nær Jupiters poler. De kunne repræsentere, hvad holdet har beskrevet som et "unikt meteorologisk udyr i vores solsystem."

Jupiter er berømt for sine karakteristiske røde og hvide bånd, hvirvlende skyer af bevægende gas, som astronomer traditionelt bruger til at spore vinde i Jupiters lavere atmosfære. Astronomer har også set, nær Jupiters poler, de levende gløder kendt som nordlys, som ser ud til at være forbundet med stærke vinde i planetens øvre atmosfære. Men indtil nu, forskere havde aldrig været i stand til direkte at måle vindmønstre mellem disse to atmosfæriske lag, i stratosfæren.

Det er umuligt at måle vindhastigheder i Jupiters stratosfære ved hjælp af skysporingsteknikker på grund af fraværet af skyer i denne del af atmosfæren. Imidlertid, astronomer blev forsynet med et alternativt målehjælpemiddel i form af kometen Shoemaker-Levy 9, som kolliderede med gasgiganten på spektakulær vis i 1994. Dette påvirkning producerede nye molekyler i Jupiters stratosfære, hvor de har bevæget sig med vinden lige siden.

Et hold af astronomer, ledet af Thibault Cavalié fra Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux i Frankrig, har nu sporet et af disse molekyler - hydrogencyanid - for direkte at måle stratosfæriske jetfly på Jupiter. Forskere bruger ordet "jetfly" til at henvise til smalle vindbånd i atmosfæren, som Jordens jetstrømme.

"Det mest spektakulære resultat er tilstedeværelsen af ​​stærke jetfly, med hastigheder på op til 400 meter i sekundet, som er placeret under nordlyset nær polerne, " siger Cavalié. Disse vindhastigheder, svarende til omkring 1450 kilometer i timen, er mere end det dobbelte af de maksimale stormhastigheder, der nås i Jupiters Store Røde Plet og over tre gange vindhastigheden målt på Jordens stærkeste tornadoer.

"Vores påvisning indikerer, at disse jetfly kan opføre sig som en gigantisk hvirvel med en diameter på op til fire gange Jordens diameter, og omkring 900 kilometer i højden, " forklarer medforfatter Bilal Benmahi, også af Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux. "En hvirvel af denne størrelse ville være et unikt meteorologisk udyr i vores solsystem, " tilføjer Cavalié.

Astronomer var opmærksomme på stærke vinde nær Jupiters poler, men meget højere oppe i atmosfæren, hundreder af kilometer over fokusområdet for den nye undersøgelse, som offentliggøres i dag i Astronomi og astrofysik . Tidligere undersøgelser forudsagde, at disse vinde i den øvre atmosfære ville falde i hastighed og forsvinde et godt stykke tid, før de nåede så dybt som stratosfæren. "De nye ALMA-data fortæller os det modsatte, " siger Cavalié, tilføjer, at det at finde disse stærke stratosfæriske vinde nær Jupiters poler var en "rigtig overraskelse".

Holdet brugte 42 af ALMAs 66 højpræcisionsantenner, beliggende i Atacama-ørkenen i det nordlige Chile, at analysere de hydrogencyanidmolekyler, der har bevæget sig rundt i Jupiters stratosfære siden nedslaget af Shoemaker-Levy 9. ALMA-dataene gjorde det muligt for dem at måle Doppler-forskydningen – små ændringer i frekvensen af ​​strålingen udsendt af molekylerne – forårsaget af vinde i denne region af planeten. "Ved at måle dette skift, vi var i stand til at udlede vindens hastighed, ligesom man kunne udlede hastigheden af ​​et forbipasserende tog ved ændringen i frekvensen af ​​togfløjten, " forklarer undersøgelsens medforfatter Vincent Hue, en planetforsker ved Southwest Research Institute i USA.

Ud over de overraskende polarvinde, holdet brugte også ALMA til at bekræfte eksistensen af ​​stærke stratosfæriske vinde omkring planetens ækvator, ved direkte at måle deres hastighed, også for første gang. De jetfly, der er spottet i denne del af planeten, har en gennemsnitshastighed på omkring 600 kilometer i timen.

ALMA-observationerne for at spore stratosfæriske vinde i både Jupiters poler og ækvator tog mindre end 30 minutters teleskoptid. "De høje detaljeringsniveauer, vi opnåede på denne korte tid, demonstrerer virkelig kraften i ALMA-observationerne, " siger Thomas Greathouse, en videnskabsmand ved Southwest Research Institute i USA og medforfatter til undersøgelsen. "Det er forbløffende for mig at se den første direkte måling af disse vinde."

"Disse ALMA-resultater åbner et nyt vindue til studiet af Jupiters nordlysområder, hvilket var virkelig uventet for bare et par måneder siden, " siger Cavalié. "De satte også scenen for lignende, men mere omfattende målinger, der skal foretages af JUICE-missionen og dens Submillimeter Wave Instrument, "Greathouse tilføjer, med henvisning til Den Europæiske Rumorganisations JUpiter ICy moons Explorer, som forventes at blive sendt ud i rummet næste år.

Denne forskning præsenteres i papiret "Første direkte måling af nordlys- og ækvatorialstråler i Jupiters stratosfære" offentliggjort i dag i Astronomi og astrofysik .