Hvordan en NASA -forsker ser ud i dybden af ​​det store røde sted for at finde vand på Jupiter

I århundreder, forskere har arbejdet med at forstå sammensætningen af ​​Jupiter. Det er ikke underligt:​​denne mystiske planet er langt den største i vores solsystem, og kemisk, den nærmeste slægtning til Solen. At forstå Jupiter er en nøgle til at lære mere om, hvordan vores solsystem blev dannet, og endda om hvordan andre solsystemer udvikler sig.

Men et kritisk spørgsmål har svigtet astronomer i generationer:Er der vand dybt i Jupiters atmosfære, og i så fald hvor meget?

Gordon L. Bjoraker, en astrofysiker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, rapporteret i en nylig avis i Astronomisk Journal at han og hans team har bragt det joviske forskningssamfund tættere på svaret.

Ved at se fra jordbaserede teleskoper på bølgelængder, der er følsomme over for termisk stråling, der lækker fra dybet af Jupiters vedvarende storm, den store røde plet, de opdagede de kemiske signaturer af vand over planetens dybeste skyer. Vandets tryk, konkluderede forskerne, kombineret med deres målinger af en anden iltbærende gas, carbonmonoxid, antyde, at Jupiter har 2 til 9 gange mere ilt end solen. Dette fund understøtter teoretiske og computersimuleringsmodeller, der har forudsagt rigeligt vand (H ₂ O) på Jupiter lavet af ilt (O) bundet med molekylært brint (H ₂ ).

Åbenbaringen var rørende, da teamets eksperiment let kunne have mislykkedes. The Great Red Spot er fuld af tætte skyer, hvilket gør det svært for elektromagnetisk energi at flygte og lære astronomer noget om kemien indeni.

"Det viser sig, at de ikke er så tykke, at de blokerer vores evne til at se dybt, "sagde Bjoraker." Det har været en behagelig overraskelse. "

Ny spektroskopisk teknologi og ren nysgerrighed gav holdet et løft i at kigge dybt inde i Jupiter, som har en atmosfære tusinder af miles dyb, Bjoraker sagde:"Vi tænkte, godt, lad os bare se, hvad der er derude. "

De data, Bjoraker og hans team indsamlede, supplerer de oplysninger, NASAs Juno -rumfartøj indsamler, når det cirkulerer planeten fra nord til syd en gang hver 53.

Blandt andet, Juno leder efter vand med sit eget infrarøde spektrometer og med et mikrobølgeradiometer, der kan sondere dybere end nogen har set - til 100 bar, eller 100 gange atmosfæretrykket på Jordens overflade. (Højde på Jupiter måles i søjler, som repræsenterer atmosfærisk tryk, da planeten ikke har en overflade, ligesom jorden, hvorfra man måler højden.)

Hvis Juno returnerer lignende vandfund, derved bakke op om Bjorakers grundbaserede teknik, det kunne åbne et nyt vindue til løsning af vandproblemet, sagde Goddards Amy Simon, en ekspert i planetarisk atmosfære.

"Hvis det virker, så kan vi måske anvende det andre steder, ligesom Saturn, Uranus eller Neptun, hvor vi ikke har en Juno, " hun sagde.

Juno er det nyeste rumfartøj, der har til opgave at finde vand, sandsynligvis i gasform, på denne kæmpe gasformige planet.

Vand er et betydeligt og rigeligt molekyle i vores solsystem. Det affødte liv på Jorden og smører nu mange af dets mest essentielle processer, inklusive vejret. Det er en kritisk faktor i Jupiters turbulente vejr, også, og til at afgøre, om planeten har en kerne lavet af sten og is.

Jupiter menes at være den første planet, der har dannet sig ved at hæfte de elementer, der er tilbage fra solens dannelse, da vores stjerne samledes fra en amorf tåge til den brændende kugle af gasser, vi ser i dag. En bredt accepteret teori indtil for flere årtier siden var, at Jupiter var identisk i sammensætning med Solen; en kugle hydrogen med et strejf af helium - al gas, ingen kerne.

Men beviser er stigende for, at Jupiter har en kerne, muligvis 10 gange Jordens masse. Rumfartøjer, der tidligere besøgte planeten, fandt kemiske beviser for, at den dannede en kerne af sten og vandis, før den blandede sig med gasser fra soltågen for at skabe sin atmosfære. Den måde Jupiters tyngdekraft trækker på Juno understøtter også denne teori. Der er endda lyn og torden på planeten, fænomener drevet af fugt.

"Månerne, der kredser om Jupiter, er for det meste vandis, så hele kvarteret har masser af vand, "sagde Bjoraker." Hvorfor ville planeten - som er denne enorme tyngdekraft godt, hvor alt falder i det - vær vandrig, også?"

Vandspørgsmålet har stubbet planetforskere; stort set hver gang beviser for H2O materialiserer sig, der sker noget for at slukke dem for duften. Et yndet eksempel blandt Jupiter -eksperter er NASAs Galileo -rumfartøj, som faldt en sonde i atmosfæren i 1995, der sluttede i et usædvanligt tørt område. "Det er som at sende en sonde til jorden, lander i Mojave -ørkenen, og slutter jorden er tør, "påpegede Bjoraker.

I deres søgen efter vand, Bjoraker og hans team brugte strålingsdata indsamlet fra toppen af ​​Maunakea på Hawaii i 2017. De stolede på det mest følsomme infrarøde teleskop på Jorden ved W.M. Keck -observatoriet, og også på et nyt instrument, der kan detektere et bredere spektrum af gasser ved NASAs infrarøde teleskopfacilitet.

Ideen var at analysere lysenergien, der udsendes gennem Jupiters skyer for at identificere højderne af dens skylag. Dette ville hjælpe forskerne med at bestemme temperatur og andre forhold, der påvirker de typer af gasser, der kan overleve i disse regioner.

Eksperter på planetarisk atmosfære forventer, at der er tre skylag på Jupiter:et lavere lag lavet af vandis og flydende vand, en midterste lavet af ammoniak og svovl, og et øvre lag lavet af ammoniak.

For at bekræfte dette gennem jordbaserede observationer, Bjorakers team kiggede på bølgelængder i det infrarøde lysområde, hvor de fleste gasser ikke absorberer varme, tillader kemiske signaturer at lække ud. Specifikt, de analyserede absorptionsmønstrene for en form for metangas. Fordi Jupiter er for varm til, at metan kan fryse, dens overflod bør ikke ændre sig fra et sted til et andet på planeten.

"Hvis du kan se, at metanlinjernes styrke varierer fra indersiden til ydersiden af ​​den store røde plet, det er ikke fordi der er mere metan her end der, sagde Bjoraker, "Det er fordi der er tykkere, dybe skyer, der blokerer strålingen i det store røde sted. "

Bjorakers team fandt beviser for de tre skylag i Great Red Spot, understøtter tidligere modeller. Det dybeste skylag er på 5 barer, holdet konkluderede, lige dér, hvor temperaturen når frysepunktet for vand, sagde Bjoraker, "så jeg siger, at vi meget sandsynligt fandt en vandsky." Placeringen af ​​vandskyen, plus mængden af ​​kulilte, som forskerne identificerede på Jupiter, bekræfter, at Jupiter er rig på ilt og, dermed, vand.

Bjorakers teknik skal nu testes på andre dele af Jupiter for at få et fuldstændigt billede af den globale vandmængde, og hans data i firkant med Junos fund.

"Jupiters vandmængde vil fortælle os meget om, hvordan den gigantiske planet dannede sig, men kun hvis vi kan finde ud af, hvor meget vand der er på hele planeten, "sagde Steven M. Levin, en Juno -projektforsker ved NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien.