NASA løser, hvordan en Jupiter-jetstrøm skifter i bakgear

En fart gennem atmosfæren højt over Jupiters ækvator er en øst-vestlig jetstrøm, der vender kursen efter en tidsplan, der er næsten lige så forudsigelig som et Tokyo-togs. Nu, et NASA-ledet hold har identificeret, hvilken type bølge der tvinger dette jetfly til at ændre retning.

Lignende ækvatoriale jetstrømme er blevet identificeret på Saturn og på Jorden, hvor en sjælden afbrydelse af det sædvanlige vindmønster komplicerede vejrudsigterne i begyndelsen af ​​2016. Den nye undersøgelse kombinerer modellering af Jupiters atmosfære med detaljerede observationer foretaget i løbet af fem år fra NASAs Infrarøde Teleskop-facilitet, eller IRTF, på Hawaii. Resultaterne kunne hjælpe videnskabsmænd med bedre at forstå den dynamiske atmosfære af Jupiter og andre planeter, inklusive dem uden for vores solsystem.

"Jupiter er meget større end Jorden, meget længere fra Solen, roterer meget hurtigere, og har en meget anderledes sammensætning, men det viser sig at være et glimrende laboratorium til at forstå dette ækvatoriale fænomen, " sagde Rick Cosentino, en postdoc ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, og hovedforfatter af papiret udgivet i Journal of Geophysical Research - Planeter .

Jordens ækvatoriale jetstrøm blev opdaget, efter at observatører så affald fra udbruddet af Krakatoa-vulkanen i 1883 blive båret af en vestlig vind i stratosfæren, det område af atmosfæren, hvor moderne fly opnår marchhøjde. Senere, vejrballoner dokumenterede en østenvind i stratosfæren. Forskere fastslog til sidst, at disse vinde skiftede kurs regelmæssigt, og at begge tilfælde var en del af det samme fænomen.

Det vekslende mønster starter i den nedre stratosfære og forplanter sig ned til grænsen til troposfæren, eller det laveste lag af atmosfæren. I sin østlige fase, det er forbundet med varmere temperaturer. Den vestlige fase er forbundet med køligere temperaturer. Mønstret kaldes Jordens kvasi-toårige oscillation, eller QBO, og en cyklus varer omkring 28 måneder. Fasen i QBO ser ud til at påvirke transporten af ​​ozon, vanddamp og forurening i den øvre atmosfære samt produktion af orkaner.

Jupiters cyklus kaldes den kvasi-fireårige oscillation, eller QQO, og det varer omkring fire jordår. Saturn har sin egen version af fænomenet, den kvasi-periodiske oscillation, med en varighed på omkring 15 jordår. Forskere har en generel forståelse af disse mønstre, men er stadig i gang med at finde ud af, hvor meget forskellige typer atmosfæriske bølger bidrager til at drive oscillationerne, og hvor ens fænomenerne er hinanden.

Tidligere undersøgelser af Jupiter havde identificeret QQO ved at måle temperaturer i stratosfæren for at udlede vindhastighed og retning. Det nye sæt målinger er det første, der spænder over en hel cyklus af QQO og dækker et meget større område af Jupiter. Observationer strakte sig over et stort lodret område og spændte over breddegrader fra omkring 40 grader nord til omkring 40 grader syd. Holdet opnåede dette ved at montere et højopløsningsinstrument kaldet TEXES, forkortelse for Texas Echelon Cross Echelle Spectrograph, på IRTF.

"Disse målinger var i stand til at sondere tynde lodrette skiver af Jupiters atmosfære, " sagde medforfatter Amy Simon, en Goddard-videnskabsmand, der har specialiseret sig i planetariske atmosfærer. "Tidligere datasæt havde lavere opløsning, så signalerne blev stort set spredt ud over en stor del af atmosfæren."

Holdet fandt ud af, at ækvatorialstrålen strækker sig ret højt ind i Jupiters stratosfære. Fordi målingerne dækkede et så stort område, forskerne kunne eliminere flere slags atmosfæriske bølger fra at være væsentlige bidragydere til QQO, efterlader tyngdekraftsbølger som den primære drivkraft. Deres model antager, at tyngdekraftsbølger produceres ved konvektion i den lavere atmosfære og bevæger sig op i stratosfæren, hvor de tvinger QQO til at ændre retning.

Resultaterne af simuleringer var et fremragende match til det nye sæt af observationer, angiver, at de har identificeret mekanismen korrekt. På jorden, tyngdekraftsbølger anses for mest sandsynligt at være ansvarlige for at tvinge QBO til at ændre retning, selvom de ikke ser ud til at være stærke nok til at klare opgaven alene.

"Gennem denne undersøgelse fik vi en bedre forståelse af de fysiske mekanismer, der kobler den nedre og øvre atmosfære i Jupiter, og dermed en bedre forståelse af atmosfæren som helhed, " sagde Raúl Morales-Juberías, den anden forfatter på papiret og en lektor ved New Mexico Institute of Mining and Technology i Socorro. "På trods af de mange forskelle mellem Jorden og Jupiter, koblingsmekanismerne mellem den nedre og øvre atmosfære i begge planeter er ens og har lignende virkninger. Vores model kunne bruges til at studere virkningerne af disse mekanismer på andre planeter i solsystemet og i exoplaneter."