eso2104ru — Научный релиз

Впервые зарегистрированы мощные стратосферные ветры на Юпитере

18 марта 2021 г.

Группа астрономов, используя Атакамскую Большую миллиметровую/субмиллиметровую решётку (ALMA), которую Европейская Южная обсерватория (ESO) эксплуатирует на партнёрских началах, впервые выполнила прямые измерения ветров в средней атмосфере Юпитера. Проанализировав последствия столкновения Юпитера с кометой, случившееся в 1990-х, исследователи выявили вблизи полюсов Юпитера невероятно сильные ветры со скоростями до 1450 км/ч, которые исследователи описывают как “уникальное метеорологическое явление в Солнечной системе”.

Юпитер знаменит своими красно-белыми полосами: облачными водоворотами движущегося газа, которые астрономы традиционно используют для отслеживания ветров в нижней атмосфере Юпитера. Астрономы также наблюдают вблизи полюсов Юпитера яркие полярные сияния, которые ассоциируются с сильными ветрами в верхней атмосфере планеты. Однако, до сих пор исследователи никогда еще не исследовали непосредственно структуру ветра между этими двумя слоями атмосферы – в стратосфере.

Измерить скорость ветра в стратосфере Юпитера методом отслеживания облаков невозможно из-за отсутствия облаков в этой части атмосферы. Однако, астрономы нашли альтернативное средство для таких измерений. В 1994 газовая планета-гигант весьма эффектно столкнулась с кометой ШумейкерЛеви 9. В результате этого столкновения в стратосфере Юпитера появились новые молекулы, которые с тех пор в ней остаются и переносятся ветрами. 

Группа астрономов во главе с Тибо Кавалье (Thibault Cavalié) из Астрофизической лаборатории в Бордо во Франции воспользовалась наблюдениями движений одного из видов таких молекулцианида водородадля прямых измерений стратосферных "струй" на Юпитере. «Струями» учёные называют узкие ветровые полосы в атмосфере, похожие на струйные течения в атмосфере Земли.

"Самый впечатляющий результат – это открытие мощных струй со скоростями до 400 м/с, локализованных под полярными сияниями вблизи полюсов", говорит Кавалье. Такие скорости ветра, примерно в 1450 км/ч, более чем вдвое выше максимальных скоростей штормовых ветров в Большом Красном Пятне Юпитера и более, чем втрое превышают скорость ветра, измеренную в самых сильных земных торнадо.

"Наши измерения показывают, что эти струи могут вести себя как гигантский водоворот с диаметром до четырех диаметров Земли и примерно 900 км в высоту",  объясняет соавтор работы Биляль Бенмахи (Bilal Benmahi), тоже сотрудник Астрофизической лаборатории в Бордо. "Водоворот такого размера был бы уникальным метеорологическим явлением в Солнечной системе", добавляет Кавалье.

Астрономы знали о сильных ветрах вблизи полюсов Юпитера, но только гораздо – на сотни километров – выше области атмосферы, изучавшейся в работе, которая сегодня публикуется в Astronomy & Astrophysics. Более ранние исследования предсказывали, что ветры, циркулирующие а верхней атмосфере, будут замедляться и затем исчезать задолго до того, как они достигнут стратосферы. "Новые данные, полученные на ALMA, свидетельствуют об обратном", говорит Кавалье, добавляя, что найти мощные стратосферные ветры вблизи полюсов Юпитера оказалось "настоящим сюрпризом".

Для анализа движения молекул цианида водорода, попавших в стратосферу Юпитера после столкновения с кометой ШумейкерЛеви 9, группа использовала 42 из 66 высокоточных антенн ALMA, расположенных в Атакамской пустыне на севере Чили. Данные наблюдений, выполненных на ALMA, позволили им измерить допплеровское смещение микроскопические изменения в частоте излучения, испускаемого молекуламивызванное ветрами в этом регионе планеты. "Измеряя это смещение, мы смогли вывести из него скорость ветров, совсем как тот, кто выводит скорость проходящего поезда из изменения тона свистка", объясняет соавтор работы Винсент Хью (Vincent Hue), планетолог из Юго-западного исследовательского института в США.

Неожиданно обнаружив полярные ветры, группа воспользовалась телескопом ALMA, чтобы прямым измерением их скоростей подтвердить – тоже впервые – существование сильных стратосферных ветров вокруг экватора планеты. Струи, обнаруженные в этой части планеты, имеют среднюю скорость около 600 км/ч.

Наблюдения на ALMA, необходимые для прослеживания стратосферных ветров у полюсов и на экваторе Юпитера, потребовали менее 30 минут времени работы телескопа. "Высокий уровень детализации, которого мы добились за такое короткое время, наглядно демонстрирует наблюдательную силу ALMA",  говорит Томас Грейтхаус (Thomas Greathouse), сотрудник Юго-западного исследовательского института в США и соавтор исследования. "Я просто ошеломлён тем, что вижу первые прямые измерения этих ветров."

"Полученные на ALMA результаты открывают новое окно для исследований авроральных областей Юпитера, на что еще несколько месяцев назад, казалось, рассчитывать было нельзя",  говорит Кавалье. "Они, кроме того, готовят почву для подобных, но более широких измерений с миссией JUICE и с субмиллиметровым приёмником Submillimetre Wave Instrument в её составе", добавляет Грейтхаус. Он имеет в виду космический аппарат Европейского Космического Агентства JUpiter ICy moons Explorer, запуск которого намечен на будущий год.

Чрезвычайно Большой телескоп ESO (ELT), первые наблюдения с которым запланированы в этом десятилетии, тоже будет изучать Юпитер. Этот крупнейший наземный телескоп сможет выполнять наблюдения полярных сияний на Юпитере с высоким разрешением, что даст нам новые сведения об атмосфере Юпитера.

Узнать больше

Результаты исследования представлены в статье "First direct measurement of auroral and equatorial jets in the stratosphere of Jupiter", которая сегодня публикуется в журнале Astronomy & Astrophysics (doi: 10.1051/0004-6361/202140330).

Состав исследовательской группы: T. Cavalié (Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux [LAB], France, and LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University [LESIA], France), 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], Germany), 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) и C. Jarchow (MPS).

Европейская Южная Обсерватория (ESO, European Southern Observatory) -- ведущая межгосударственная астрономическая организация Европы, намного обгоняющая по продуктивности другие наземные астрономические обсерватории мира. В ее работе участвуют 16 стран: Австрия, Бельгия, Великобритания, Германия, Дания, Ирландия, Испания, Италия, Нидерланды, Польша, Португалия, Финляндия, Франция, Чешская Республика, Швейцария и Швеция, а также Чили, предоставившая свою территорию для размещения обсерваторий ESO, и Австралия, являющаяся ее стратегическим партнером. ESO проводит в жизнь масштабную программу проектирования, строительства и эксплуатации мощных наземных наблюдательных инструментов, позволяющих астрономам выполнять важнейшие научные исследования. ESO также играет ведущую роль в организации и поддержке международного сотрудничества в области астрономии. ESO располагает тремя уникальными наблюдательными пунктами мирового класса, находящимися в Чили: Ла Силья, Параналь и Чахнантор. В обсерватории Параналь установлен Очень Большой Телескоп ESO (The Very Large Telescope, VLT), способный работать в формате Очень Большого Телескопа-Интерферометра VLTI, и два крупнейших широкоугольных телескопа: VISTA, выполняющий обзоры неба в инфракрасных лучах, и обзорный телескоп оптического диапазона VLT (VLT Survey Telescope). Кроме того, на Паранале ESO на правах партнера предоставила место для установки Южной Решетки черенковских телескопов (Cherenkov Telescope Array South), крупнейшей в мире и рекордной по чувствительности гамма-обсерватории. ESO также является одним из основных партнеров по эксплуатации двух инструментов субмиллиметрового диапазона на плато Чахнантор: телескопа APEX и крупнейшего астрономического проекта современности ALMA. На Серро Армазонес, недалеко от Параналя, ESO ведет строительство 39-метрового Чрезвычайно Большого Телескопа ELT, который станет «величайшим оком человечества, устремленным в небо».

Большая Атакамская миллиметровая / субмиллиметровая решетка ALMA (The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) – международный астрономический инструмент, совместный проект ESO, Национального научного фонда США NSF (U.S. National Science Foundation) и Национального института естественных наук Японии NINS (National Institutes of Natural Sciences) в кооперации с Республикой Чили. ALMA финансируется ESO (представляющей объединенные интересы своих стран-участниц), фондом NSF совместно с Национальным советом по научным исследованиям Канады NRC (National Research Council) и Национальным советом по науке Тайваня NSC (National Science Council), а также NINS в кооперации с тайваньской Academia Sinica (AS) и Корейским институтом астрономии и космических исследований KASI (Korea Astronomy and Space Science Institute). Строительство и эксплуатация телескопа ALMA осуществляются ESO, представляющей интересы своих стран-участниц, Национальной радиоастрономической обсерваторией США NRAO (National Radio Astronomy Observatory), управляемой компанией Associated Universities, Inc. (AUI), представляющей Северную Америку, и Национальной астрономической обсерваторией Японии NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan), представляющей Восточную Азию. Общее управление строительством, тестированием и эксплуатацией ALMA осуществляется в рамках JAO: Объединенной обсерватории ALMA (Joint ALMA Observatory).

Ссылки

Контакты

Kirill Maslennikov
Pulkovo Observatory
St.-Petersburg, Russia
Телефон: +7-9112122130
Сотовый: +7-9112122130
Email: kirill.maslennikov1@gmail.com

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

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

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

Thomas Greathouse
Southwest Research Institute
San Antonio, TX, USA
Телефон: +1 (210) 522-2809
Email: 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
Email: srandall@eso.org

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Телефон: +49 89 3200 6670
Сотовый: +49 151 241 664 00
Email: press@eso.org

Connect with ESO on social media

Перевод пресс-релиза ESO eso2104.

О релизе

Релиз №:eso2104ru
Название:Jupiter
Тип:Solar System : Planet : Feature : Atmosphere
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
Science data:2021A&A...647L...8C

Изображения

Так выглядят стратосферные ветры вблизи южного полюса Юпитера
Так выглядят стратосферные ветры вблизи южного полюса Юпитера
Столкновение кометы Шумейкер-Леви 9 с Юпитером в 1994 году
Столкновение кометы Шумейкер-Леви 9 с Юпитером в 1994 году
Повышение чёткости изображения Юпитера
Повышение чёткости изображения Юпитера

Видео

Мощные стратосферные ветры вблизи южного полюса Юпитера (анимация)
Мощные стратосферные ветры вблизи южного полюса Юпитера (анимация)
Анимированный вид Юпитера со следами падения кометы Шумейкер–Леви 9
Анимированный вид Юпитера со следами падения кометы Шумейкер–Леви 9