Rumforskere afslører hemmeligheden bag Jupiters energikrise

Ny forskning offentliggjort i Natur har afsløret løsningen på Jupiters 'energikrise', som har undret astronomer i årtier.

Rumforskere ved University of Leicester arbejdede sammen med kolleger fra den japanske rumfartsorganisation (JAXA), Boston University, NASAs Goddard Space Flight Center og National Institute of Information and Communications Technology (NICT) for at afsløre mekanismen bag Jupiters atmosfæriske opvarmning.

Nu, ved hjælp af data fra Keck Observatory i Hawai'i, astronomer har skabt det mest detaljerede endnu globale kort over gasgigantens øvre atmosfære, bekræfter for første gang, at Jupiters kraftfulde nordlys er ansvarlige for at levere opvarmning på hele planeten.

Dr. James O'Donoghue er forsker ved JAXA og afsluttede sin ph.d. i Leicester, og er hovedforfatter til forskningspapiret. Han sagde:

"Vi begyndte først at forsøge at skabe et globalt varmekort over Jupiters øverste atmosfære ved University of Leicester. Signalet var ikke klart nok til at afsløre noget uden for Jupiters polarområder på det tidspunkt, men med erfaringerne fra det arbejde lykkedes det os at sikre tid på en af ​​de største, mest konkurrencedygtige teleskoper på Jorden nogle år senere.

"Ved at bruge Keck-teleskopet producerede vi temperaturkort med ekstraordinære detaljer. Vi fandt ud af, at temperaturerne starter meget højt i nordlyset, som forventet fra tidligere arbejde, men nu kunne vi observere, at Jupiters nordlys, på trods af at det fylder mindre end 10% af planetens areal, ser ud til at opvarme det hele.

"Denne forskning startede i Leicester og fortsatte ved Boston University og NASA, før den endte ved JAXA i Japan. Samarbejdspartnere fra hvert kontinent, der arbejdede sammen, gjorde denne undersøgelse vellykket, kombineret med data fra NASAs Juno-rumfartøj i kredsløb om Jupiter og JAXAs Hisaki-rumfartøj, et observatorium i rummet."

Dr. Tom Stallard og Dr. Henrik Melin er begge en del af School of Physics and Astronomy ved University of Leicester. Dr. Stallard tilføjede:

"Der har været et meget langvarigt puslespil i den tynde atmosfære på toppen af ​​hver kæmpeplanet i vores solsystem. Med hver Jupiter-rummission, sammen med jordbaserede observationer, gennem de sidste 50 år, vi har konsekvent målt de ækvatoriale temperaturer som værende alt for varme.

"Denne 'energikrise' har været et langvarigt problem - formår modellerne ikke korrekt at modellere, hvordan varme strømmer fra nordlyset, eller er der en anden ukendt varmekilde nær ækvator?

"Dette papir beskriver, hvordan vi har kortlagt denne region i hidtil uset detaljer og har vist, at ved Jupiter, den ækvatoriale opvarmning er direkte forbundet med nordlysopvarmning."

Aurorae opstår, når ladede partikler fanges i en planets magnetfelt. Disse spiraler langs feltlinjerne mod planetens magnetiske poler, slå atomer og molekyler i atmosfæren for at frigive lys og energi.

På jorden, dette fører til det karakteristiske lysshow, der danner Aurora Borealis og Australis. Ved Jupiter, materialet, der spyr fra dens vulkanske måne, Io, fører til det kraftigste nordlys i solsystemet og enorm opvarmning i planetens polare områder.

Selvom de jovianske nordlys længe har været en førsteklasses kandidat til at opvarme planetens atmosfære, observationer har tidligere ikke været i stand til at bekræfte eller afkræfte dette indtil nu.

Tidligere kort over den øvre atmosfæriske temperatur blev dannet ved hjælp af billeder, der kun bestod af flere pixels. Dette er ikke nok opløsning til at se, hvordan temperaturen kan ændres på tværs af planeten, giver få fingerpeg om oprindelsen af ​​den ekstra varme.

Forskere skabte fem kort over den atmosfæriske temperatur ved forskellige rumlige opløsninger, med det højeste opløsningskort, der viser en gennemsnitlig temperaturmåling for kvadrater to graders længdegrad 'høj' og to grader breddegrad 'bred'.

Holdet gennemsøgte mere end 10, 000 individuelle datapunkter, kun kortlægningspunkter med en usikkerhed på mindre end fem pct.

Modeller af gasgiganters atmosfærer tyder på, at de fungerer som et kæmpe køleskab, med varmeenergi trukket fra ækvator mod polen, og aflejret i den lavere atmosfære i disse polområder.

Disse nye resultater tyder på, at hurtigt skiftende nordlys kan drive bølger af energi mod denne poleward strøm, lader varmen nå ækvator.

Observationer viste også et område med lokaliseret opvarmning i det sub-aurorale område, der kunne fortolkes som en begrænset varmebølge, der forplanter sig mod ækvator, hvilket kunne tolkes som bevis på den proces, der driver varmeoverførsel.

Planetforskning ved University of Leicester spænder over bredden af ​​det jovianske system, fra planetens magnetosfære og atmosfære, ud til sin mangfoldige samling af satellitter.