eso2104hu — Tudományos közlemények

Először detektáltak viharos sztratoszférikus szeleket a Jupiter légkörében

2021. március 18.

Az Európai Déli Obszervatóriummal (ESO) együttműködésben üzemeltetett ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) antennarendszerrel egy csillagászcsoport először detektált közvetlenül szeleket a Jupiter légkörének középső részén. Az 1990-es években történt üstökösbecsapódás utóhatásainak elemzésével a kutatók rendkívül erőteljes széláramokat fedeztek fel, amelyek sebessége a Jupiter pólusainak közelében eléri az 1450 km/h-t is. A csoport nemes egyszerűséggel „a Naprendszer egyedülálló meteorológiai szörnyetegei” megnevezéssel illette őket.

A Jupiter leginkább vörös és fehér felhősávjairól ismert: a mozgó gázfelhők örvénylését a csillagászok hagyományosan a Jupiter légkörének alsó részében fújó szelek követésére használják. A Jupiter pólusai környékén a szakemberek a sarki fényként ismert élénk ragyogást is megfigyelték, amelyek pedig a bolygó felsőlégkörének intenzív széláramaival vannak kapcsolatban. Eddig azonban a kutatók nem tudták közvetlenül mérni a szélmintázatot a két légköri réteg között, a sztratoszférában.

A Jupiter sztratoszférájában a szélsebességet nem lehet mérni a felhők mozgásának követésével, mivel a légkör ezen részében nincsenek felhők. A természet azonban alternatív lehetőséget kínált fel a kutatóknak, amikor 1994-ben a Shoemaker–Levy 9 üstökös darabjai látványos tűzijátékot eredményezve az óriásbolygóba ütköztek. A becsapódások új molekulákat hoztak létre a Jupiter sztratoszférájában, amelyek az ott fújó szelek szárnyán azóta is mozgásban vannak.

A Thibault Cavalié (Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux, Franciaország) által vezetett csillagászcsoport most ezen molekulák egyikének, a hidrogén-cianidnak mozgását követte, hogy közvetlenül mérhesse a Jupiter sztratoszférájának „futóáramlásait” (jetek). A kutatók a „jet” kifejezést a földi légkör futóáramlataihoz (jet streams) hasonló, nagy sebességű, szűk keresztmetszetű légáramokra használják.

„A leglátványosabb eredmény a 400 m/s sebességet is elérő erős futóáramlások jelenléte a pólusok közelében megfigyelhető sarki fények alatt” – kezdi Cavalié. Az 1450 km/h-nak megfelelő szélsebességek a kétszeresét is meghaladják a Jupiter Nagy Vörös Foltjában előforduló legnagyobb sebességeknek, és háromszor akkorák, mint a legerősebb földi tornádókban mért szélsebességek.

„A detektálásunk azt jelzi, hogy ezek a jetek a Föld méreténél akár négyszer nagyobb kiterjedésű és nagyjából 900 km magas óriási örvényekként viselkedhetnek” – magyarázza Bilal Benmahi (Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux), az eredményeket bemutató szakcikk egyik társszerzője. „Ekkora méretű örvény különleges és egyedi meteorológiai szörnynek számítana a Naprendszerben” – teszi hozzá Cavalié.

A kutatók számítottak intenzív szelekre a Jupiter pólusainak közelében, de a légkörben sokkal magasabban, több száz kilométerrel az Astronomy & Astrophysics c. folyóiratban ma bemutatott új kutatás során vizsgált régió felett. Korábbi tanulmányok azt jelezték, hogy a felsőlégköri szelek sebessége a magassággal csökken, és még jóval a sztratoszféra szintje felett elhalnak. „Az új ALMA-adatokból éppen az ellenkezője következik” – mondja Cavalié, hozzátéve még azt is, hogy az erős sztratoszférikus szelek felfedezése a Jupiter pólusainak közelében „valódi meglepetés” volt.

A kutatócsoport az Atacama-sivatagban, Chile északi részén működő 66 nagy érzékenységű ALMA-antennából 42 tányért használt a Jupiter sztratoszférájában a Shoemaker–Levy 9 üstökös becsapódása óta áramló hidrogén-cianid molekulák elemzésére. Az ALMA-adatok lehetővé tették, hogy a kutatók mérjék a molekulák által kibocsátott sugárzás frekvenciájának Doppler-eltolódását, amelyet azok mozgása okozott, a mozgást pedig a bolygólégkör adott régiójának szelei hajtották. „Az eltolódás mérésével meg tudjuk mondani a szélsebességet, hasonlóan ahhoz, ahogyan az elhaladó vonat sebességét is meg lehet határozni a mozdony füttyének frekvenciaváltozásából” – magyarázza egy másik társszerző, Vincent Hue, a Southwest Research Institute (Amerikai Egyesült Államok) bolygókutatója.

A meglepetést okozó poláris szelek mellett a kutatócsoport a bolygó egyenlítője menti erős sztratoszférikus szelek létezésének megerősítésére is használta az ALMA-t, szintén először mérve közvetlenül azok sebességét. A bolygó ezen részén a futóáramlások átlagsebessége kb. 600 km/h.

A Jupiter sztratoszférájában fújó poláris és egyenlítői szelek detektálásához 30 percnél kevesebb ALMA-távcsőidőt kellett igénybe venni. „A részletességnek az a magas foka, amelyet ilyen rövid idő alatt sikerült elérnünk, tényleg jól érzékelteti az ALMA-észlelések erejét, hatékonyságát” – mondja Thomas Greathouse (Southwest Research Institute, Amerikai Egyesült Államok), aki szintén társszerzője a cikknek. „Lenyűgöző számomra látni ezeknek a szeleknek első közvetlen mérését.”

„Ezek az ALMA-eredmények új ablakot nyitnak a Jupiter poláris területeinek tanulmányozásában, ami akár még néhány hónappal ezelőtt is elképzelhetetlen volt” – hangsúlyozza Cavalié. „Előkészítik a terepet a hasonló, ám sokkal kiterjedtebb méréssorozat előtt, amelyet majd a JUICE-küldetés és annak SWI (Submillimetre Wave Instrument) műszere fog végezni” – egészíti ki Greathouse az Európai Űrügynökség (ESA) JUpiter ICy moons Explorer nevű űrszondájára utalva, amelynek felbocsátása a következő évben várható.

Az ESO tervek szerint az évtized végén munkába álló Rendkívül Nagy Távcsövének (ELT) szintén célpontja lesz a Jupiter. Az ELT nagyon nagy részletességű megfigyeléseket tud majd végezni a bolygó sarki fényeiről, az eddigieknél is mélyebb betekintést engedve a Jupiter légkörébe.

További információ

A kutatás eredményeit részletező szakcikk „ First direct measurement of auroral and equatorial jets in the stratosphere of Jupiter” címmel ma jelent meg az Astronomy & Astrophysics folyóiratban (doi: 10.1051/0004-6361/202140330).

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

Az ESO a legfontosabb kormányközi csillagászati szervezet Európában, és messze a legeredményesebb földfelszíni csillagászati obszervatórium az egész világon. Tizenhat tagország támogatja: Ausztria, Belgium, Csehország, Dánia, az Egyesült Királyság, Finnország, Franciaország, Hollandia, Írország, Lengyelország, Németország, Olaszország, Portugália, Spanyolország, Svájc és Svédország. Ezt a sort egészíti ki az ESO obszervatóriumainak befogadóországaként Chile, valamint stratégiai partnerként Ausztrália. Az ESO ambiciózus programjának fő célkitűzése hatékony földi megfigyelő műszerek tervezése, kivitelezése és működtetése annak érdekében, hogy a csillagászok élvonalbeli fontos tudományos felfedezéseket tehessenek. Az ESO vezető szerepet játszik csillagászati együttműködések elősegítésében és szervezésében. Az ESO három világszínvonalú megfigyelő helyet tart fenn Chilében. Ezek: La Silla, Paranal és Chajnantor. Paranalon üzemel a Nagyon Nagy Távcső (VLT), a világ legkorszerűbb, látható hullámhossztartományban üzemelő csillagászati obszervatóriuma, és két égboltfelmérő távcső, az infravörös hullámhossztartományban működő VISTA és az optikai tartományban érzékeny VLT Égboltfelmérő Távcső. Szintén a Paranalon fogja elhelyezni és üzemeltetni az ESO a Déli Cserenkov Távcsőrendszert (CTAS), a világ legnagyobb és legérzékenyebb gammasugárzás-obszervatóriumát. Az ESO vezető résztvevő az ALMA-együttműködésben, ami jelenleg a legnagyobb létező csillagászati projekt. Mindezeken túl épül már a Paranalhoz közeli Cerro Armazones tetején az ESO 39 méteres Rendkívül Nagy Távcsöve (ELT) is. Ez lesz a világ „égre néző legnagyobb szeme”.

Az ALMA az európai ESO, az Amerikai Egyesült Államokbeli U.S. National Science Foundation (NSF) és a japán National Institutes of Natural Sciences (NINS) együttműködésében, a Chilei Köztársasággal közösen valósult meg. Az ALMA működését a tagállamai részéről az ESO, az NSF együttműködésben a kanadai National Research Council of Canada-val (NRC), a tajvani National Science Council of Taiwan (NSC) és a NINS együttműködésben a tajvani Academia Sinica-val (AS) és a Korea Astronomy and Space Science Institute-tal (KASI) finanszírozza. Az ALMA építését és működtetési feladatait a tagállamai részéről az ESO, Észak-Amerika részéről az Associated Universities, Inc. (AUI) által fenntartott National Radio Astronomy Observatory (NRAO), valamint Kelet-Ázsia részéről a National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) látja el. A Joint ALMA Observatory (JAO) irányítja az ALMA építését, az üzembe helyezését és működtetését.

Linkek

·      Szakcikk

·      Képek az ALMA-ról

·      Kutatóknak: Van érdekes eredménye? Küldje el nekünk!

Kapcsolat

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

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

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

Thomas Greathouse
Southwest Research Institute
San Antonio, TX, USA
Telefon: +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
Telefon: +49 89 3200 6670
Mobil: +49 151 241 664 00
E-mail: press@eso.org

Connect with ESO on social media

Ez az ESO eso2104 sz. sajtóközleményének fordítása

A sajtóközleményről

Közlemény száma:eso2104hu
Név:Jupiter
Típus:Solar System : Planet : Feature : Atmosphere
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
Science data:2021A&A...647L...8C

Képek

Sztratoszférikus szelek ábrázolása a Jupiter déli pólusának közelében
Sztratoszférikus szelek ábrázolása a Jupiter déli pólusának közelében
A Shoemaker–Levy 9 üstökös darabjainak becsapódása a Jupiterbe 1994-ben
A Shoemaker–Levy 9 üstökös darabjainak becsapódása a Jupiterbe 1994-ben
Jupiter-élesítés
Jupiter-élesítés

Videók

Intenzív sztratoszférikus szelek a Jupiter déli pólusának közelében (animáció)
Intenzív sztratoszférikus szelek a Jupiter déli pólusának közelében (animáció)
A Shoemaker–Levy 9 üstökös darabjainak becsapódása a Jupiterbe (animáció)
A Shoemaker–Levy 9 üstökös darabjainak becsapódása a Jupiterbe (animáció)