Gemini er heldig og tager et dybt dyk ned i Jupiters skyer

Forskere, der bruger en teknik kendt som "lucky imaging" med Gemini North-teleskopet på Hawaiis Maunakea, har samlet nogle af de højeste opløsningsbilleder af Jupiter, der nogensinde er opnået fra jorden. Disse billeder er en del af et flerårigt fælles observationsprogram med Hubble Space Telescope til støtte for NASAs Juno-mission. Gemini billederne, kombineret med Hubble- og Juno-observationerne, afsløre, at lynet slår ned, og nogle af de største stormsystemer, der skaber dem, dannes i og omkring store konvektionsceller over dybe skyer af vandis og væske. De nye observationer bekræfter også, at mørke pletter i den berømte Store Røde Plet faktisk er huller i skydækket og ikke skyldes skyfarvevariationer.

Tre års billedobservationer ved hjælp af det internationale Gemini Observatory, et program fra NSF's NOIRLab, har sonderet dybt ind i Jupiters skytoppe. De ultraskarpe Gemini infrarøde billeder supplerer optiske og ultraviolette observationer fra Hubble og radioobservationer fra Juno-rumfartøjet for at afsløre nye hemmeligheder om den gigantiske planet.

"Gemini-dataene var kritiske, fordi de tillod os at sondere dybt ind i Jupiters skyer på en regelmæssig tidsplan, " sagde Michael Wong fra UC Berkeley. "Vi brugte en meget kraftfuld teknik kaldet lucky imaging, " tilføjer Wong. Med heldig billeddannelse, et stort antal billeder med meget kort eksponering opnås og kun de skarpeste billeder, når jordens atmosfære er kortvarigt stabil, er brugt. Resultatet i dette tilfælde er nogle af de skarpeste infrarøde billeder af Jupiter, der nogensinde er taget fra jorden. Ifølge Wong, "Disse billeder konkurrerer med udsigten fra rummet."

Gemini North's Near Infrared Imager (NIRI) giver astronomer mulighed for at kigge dybt ind i Jupiters mægtige storme, da det længere bølgelængde infrarøde lys kan passere gennem den tynde dis, men skjules af tykkere skyer højt i Jupiters atmosfære. Dette skaber en "jack-o-lanterne"-lignende effekt i billederne, hvor den varme, dybe lag af Jupiters atmosfære lyser gennem huller i planetens tykke skydække.

De detaljerede, multibølgelængdebilleddannelse af Jupiter af Gemini og Hubble har, gennem de seneste tre år, vist sig at være afgørende for kontekstualisering af observationerne fra Juno-kredsløbet, og til at forstå Jupiters vindmønstre, atmosfæriske bølger, og cykloner. De to teleskoper, sammen med Juno, kan observere Jupiters atmosfære som et system af vinde, gasser, varme, og vejrfænomener, giver dækning og indsigt ikke ulig det netværk af vejrsatellitter, meteorologer bruger til at observere Jorden.

Kortlægning af kæmpe lynstorme

På hver af dens tætte passage over Jupiters skyer, Juno detekterede radiosignaler skabt af kraftige lynglimt kaldet sferics (forkortelse for atmospherics) og whistlers (såkaldt på grund af den fløjtelignende tone, de forårsager på radiomodtagere). Når det er muligt, Gemini og Hubble fokuserede på Jupiter og opnåede høj opløsning, store kort over den gigantiske planet.

Junos instrumenter kunne bestemme bredde- og længdegradskoordinaterne for klynger af sferiske og whistler-signaler. Med Gemini og Hubble billeder ved flere bølgelængder, forskere kan nu undersøge skystrukturen på disse steder. Ved at kombinere disse tre oplysninger fandt forskerholdet ud af, at lynet slår ned, og nogle af de største stormsystemer, der skaber dem, dannes i og omkring store konvektionsceller over dybe skyer af vandis og væske.

"Forskere sporer lyn, fordi det er en markør for konvektion, den turbulente blandingsproces, der transporterer Jupiters indre varme op til de synlige skytoppe, " forklarede Wong. Den største koncentration af lyn set af Juno kom fra en hvirvlende storm kaldet en "filamentær cyklon." Billedbilleder fra Gemini og Hubble viser detaljer i cyklonen, afslører, at det er en snoet samling af høje konvektive skyer med dybe huller, der giver glimt til vandskyerne langt nede.

"Igangværende undersøgelser af lynkilder vil hjælpe os med at forstå, hvordan konvektion på Jupiter er forskellig fra eller ligner konvektion i jordens atmosfære, " kommenterede Wong.

Glødende træk i den store røde plet

Mens man scanner gasgiganten for huller i skydække, Tvillingerne fik øje på en afslørende glød i den store røde plet, angiver et klart udsyn ned til dybt, varmere atmosfæriske lag.

"Lignende træk er blevet set i den store røde plet før, " sagde teammedlem Glenn Orton fra JPL, "men observation af synligt lys kunne ikke skelne mellem mørkere skymateriale, og tyndere skydække over Jupiters varme indre, så deres natur forblev et mysterium."

Nu med data fra Gemini, dette mysterium er løst. Hvor synlige lysbilleder fra Hubble viser en mørk halvcirkel i den store røde plet, billeder taget af Gemini ved hjælp af infrarødt lys afslører en lys bue, der lyser op i området. Denne infrarøde glød, fra Jupiters indre varme, ville være blevet blokeret af tykkere skyer, men kan passere gennem Jupiters tågede atmosfære uden sløring. Ved at se disse funktioner som lyse infrarøde hotspots, Gemini bekræfter, at de er huller i skyerne. Selvom tidligere observationer har set mørke træk i den store røde plet, de hurtigt hvirvlende vinde i den skjulte den sande natur af disse pletter, indtil de samtidige Hubble- og Gemini-observationer blev udført.

"NIRI ved Gemini North er den mest effektive måde for USA og de internationale Gemini-partnerskabsefterforskere at få detaljerede kort over Jupiter ved denne bølgelængde, " forklarede Wong. Gemini opnåede en opløsning på 500 kilometer (300 miles) på Jupiter. "Ved denne opløsning, teleskopet kunne løse de to forlygter på en bil i Miami, set fra New York City, " sagde Andrew Stephens, Gemini-astronomen, der ledede observationerne.

"Disse koordinerede observationer beviser endnu en gang, at banebrydende astronomi er muliggjort ved at kombinere Gemini-teleskopernes muligheder med gratis jord- og rumbaserede faciliteter, sagde Martin Still, en astronomi programdirektør ved National Science Foundation, som er Geminis amerikanske finansieringsagentur. "Det internationale Gemini-partnerskab giver åben adgang til en kraftfuld kombination af store teleskopers opsamlingsområde, fleksibel tidsplan, og et bredt udvalg af udskiftelige instrumenter."