Komunikat prasowy

Po raz pierwszy na Jowiszu zmierzono potężne wiatry stratosferyczne

18 marca 2021

Przy pomocy Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), w której Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) jest partnerem, zespół astronomów po raz pierwszy zmierzył w sposób bezpośredni wiatry w środkowej atmosferze Jowisza. Analizując następstwa kolizji z kometą z lat 90., naukowcy odkryli niezwykle silne wiatry, o prędkościach do 1450 km/h, w pobliżu biegunów Jowisza. Mogą one reprezentować coś, co grupa badawcza opisała jako „unikalną meteorologiczną bestię w naszym Układzie Słonecznym”.

Jowisz słynie z charakterystycznych czerwonych i białych pasm: wirujących chmur poruszającego się gazu, których astronomowie tradycyjnie używają do śledzenia wiatrów w niższych warstwach atmosfery planety. W pobliżu biegunów astronomowie widzieli również dynamiczne poświaty zwane zorzami, które wydają się być związane z silnymi wiatrami w górnej warstwie atmosfery Jowisza. Ale do tej pory badacze nie byli w stanie bezpośrednio mierzyć przebiegu wiatrów pomiędzy tymi dwoma warstwami atmosferycznymi – w stratosferze.

Mierzenie prędkości wiatru w stratosferze Jowisza przy pomocy techniki śledzenia chmur jest niemożliwe z powodu braku obłoków w tej części atmosfery. Jednak astronomowie otrzymali pomoc w formie alternatywnej metody pomiarowej: od komety Shoemaker–Levy 9, która w spektakularny sposób zderzyła się z gazowym olbrzymem w 1994 roku. To uderzenie wytworzyło nowe cząsteczki w stratosferze Jowisza, gdzie od tamtej pory poruszają się wraz z wiatrami.

Zespół astronomów, którym kieruje Thibault Cavalié z Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux we Francji, prześledził jedną z tych cząsteczek – cyjanowodór – aby bezpośrednio zmierzyć stratosferyczne „dżety” na Jowiszu. Naukowcy używają tutaj słowa „dżety” w odniesieniu do wąskich pasm wiatru w atmosferze, podobnie jak strumienie (dżety) na Ziemi.

„Najbardziej spektakularnym rezultatem jest istnienie silnych dżetów (strumieni) o prędkościach do 400 metrów na sekundę, które są zlokalizowane poniżej zórz polarnych, blisko biegunów” mówi Cavalié. Prędkości tych wiatrów, odpowiadające około 1450 km/h, ponad dwukrotnie przekraczają maksymalne prędkości osiągane w jowiszowej Wielkiej Czerwonej Plamie oraz ponad trzykrotnie prędkości wiatrów mierzone w najsilniejszych tornadach na Ziemi.

„Nasza detekcja wskazuje, że strumienie te mogą zachowywać się jak gigantyczny wir o średnicy do czterech razy większej niż Ziemia i wysokości około 900 kilometrów” wyjaśnia współautor Bilal Benmahi, również z Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux. „Wir tej wielkości byłby unikalną meteorologiczną bestią w naszym Układzie Słonecznym” dodaje Cavalié.

Astronomowie byli świadomi istnienia silnych wiatrów w pobliżu biegunów Jowisza, ale znacznie wyżej w atmosferze, setki kilometrów ponad obszarem analizowanym w nowych badaniach, których wyniki zostały opublikowane dzisiaj w Astronomy & Astrophysics. Poprzednie badania przewidywały, że wiatry w górnej atmosferze spowalniają prędkość i zanikają na długo przed osiągnięciem stratosfery. „Nowe dane z ALMA pokazują nam coś przeciwnego” mówi Cavalié, dodając, że znalezienie silnych wiatrów stratosferycznych w pobliżu biegunów Jowisza było „prawdziwą niespodzianką”.

Zespół użył 42 z 66 precyzyjnych anten ALMA, rozmieszczonych na pustyni Atakama w północnym Chike. Przeanalizowano molekuły cyjanowodoru poruszające się w stratosferze Jowisza od momentu uderzenia Shoemaker–Levy 9. Dane z ALMA pozwoliły na zmierzenie przesunięcia dopplerowskiego — niewielkich zmian w częstotliwości promieniowania emitowanego przez molekuły – spowodowanego przez wiatry w tym regionie planety. „Mierząc to przesunięcie byliśmy w stanie wydedukować prędkość wiatrów podobnie jak ktoś mógłby ustalić prędkość przejeżdżającego pociągu na podstawie zmiany częstotliwości jego gwizdu” wyjaśnia współautor badań Vincent Hue, planetolog w Southwest Research Institute w USA.

Poza zaskakującymi wiatrami polarnymi, zespół użył także ALMA do potwierdzenia istnienia silnych wiatrów stratosferycznych wokół równika planety, bezpośrednio mierząc ich prędkość (także po raz pierwszy). Strumienie dostrzeżone w tej części planety mają średnie prędkości około 600 km/h.

Obserwacja ALMA, potrzebne do śledzenie wiatrów stratosferycznych na obu biegunach i równiku Jowisza, zajęły mniej niż 30 minut czasu teleskopu. „Duży poziom szczegółów, który osiągnęliśmy w tak krótkim czasie, demonstruje moc obserwatorium ALMA” mówi Thomas Greathouse, naukowiec z Southwest Research Institute w USA, współautor badań. „Dla mnie to zdumiewające zobaczyć pierwsze bezpośrednie pomiary tych wiatrów.”

„Wyniki ALMA otwierają nowe okno do badań obszarów zorzowych Jowisza, co było mocno niespodziewane jeszcze kilka miesięcy temu” mówi Cavalié. „Przygotowało to także grunt pod podobne, ale bardziej obszerne pomiary, które mają być wykonane w ramach misji JUICE i jej instrumentu pracującego na falach submilimetrowych" dodaje Greathouse, odnosząc się do szykownej przez Europejską Agencję Kosmiczną misji JUpiter ICy moons Explorer, która ma wystartować w kosmos w przyszłym roku.

Naziemny teleskop ESO, Ekstremalnie Wielki Teleskop (ELT), który będzie miał pierwsze światło w późniejszych latach tej dekady, także zbada Jowisza. Teleskop będzie w stanie uzyskiwać bardzo szczegółowe obserwacje zórz polarnych planety, dając nam dalszy wgląd w atmosferę Jowisza.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt. "First direct measurement of auroral and equatorial jets in the stratosphere of Jupiter" opublikowanym dzisiaj w Astronomy & Astrophysics (doi:10.1051/0004-6361/202140330).

Skład zespołu badawczego: T. Cavalié (Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux [LAB], Francja, oraz LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University [LESIA], Francja), B. Benmahi (LAB), V. Hue (Southwest Research Institute [SwRI], USA), R. Moreno (LESIA), E. Lellouch (LESIA), T. Fouchet (LESIA), P. Hartogh (Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung [MPS], Niemcy), L. Rezac (MPS), T. K. Greathouse (SwRI), G. R. Gladstone (SwRI), J. A. Sinclair (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, USA), M. Dobrijevic (LAB), F. Billebaud (LAB) oraz C. Jarchow (MPS).

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Ma 16 krajów członkowskich: Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Irlandia, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy, dodatkowo Chile jest kraje gospodarzem, a Australia (IA/FCUL) strategicznym partnerem. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope - Bardzo Duży Teleskop), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest głównym partnerem ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. Z kolei na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, ESO buduje 39-metrowy teleskop ELT (Extremely Large Telescope - Ekstremalnie Wielki Teleskop), który stanie się „największym okiem świata na niebo”.

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) jest międzynarodowym kompleksem badawczym w ramach partnerstwa pomiędzy ESO, U.S. National Science Foundation (NSF) oraz National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan, we współpracy z Chile. ALMA jest finansowana przez ESO w imieniu Krajów Członkowskich, przez NSF we współpracy z National Research Council of Canada (NRC) i National Science Council of Taiwan (NSC) oraz przez NINS we współpracy z Academia Sinica (AS) na Tajwanie i Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). Budowa i zarządzanie ALMA są kierowane przez ESO w imieniu Krajów Członkowskich, przez National Radio Astronomy Observatory (NRAO), zarządzane przez Associated Universities, Inc. (AUI), w imieniu Ameryki Północnej oraz przez National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) w imieniu Azji Wschodniej. Joint ALMA Observatory (JAO) umożliwia zunifikowane kierowanie i zarządzanie budową, testowaniem i działaniem ALMA.

Linki

• Publikacja naukowa
• Zdjęcia ALMA
• Dla naukowców: masz ciekawą historię? Zaprezentuj swoje badania

Kontakt

Thibault Cavalié
Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux
Bordeaux, France
Tel.: +33 (0)5 40 00 32 71
E-mail: thibault.cavalie@u-bordeaux.fr

Bilal Benmahi
Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux
Bordeaux, France
Tel.: +33 (0)5 40 00 32 76
E-mail: bilal.benmahi@u-bordeaux.fr

Vincent Hue
Southwest Research Institute
San Antonio, TX, USA
Tel.: +1 (210) 522-5027
E-mail: vhue@swri.org

Thomas Greathouse
Southwest Research Institute
San Antonio, TX, USA
Tel.: +1 (210) 522-2809
E-mail: tgreathouse@swri.edu

Suzanna Randall (astronomer who did not participate in the study; contact for external comment and questions on ALMA)
European Southern Observatory
Garching bei München, Germany
E-mail: srandall@eso.org

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6670
Tel. kom.: +49 151 241 664 00
E-mail: press@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych