Naukowcy odkryli ciemne plamy UV wielkości Ziemi przy ul Jupiterbiegunów, prawdopodobnie spowodowane przez wiry napędzane magnetycznie, koncentrujące mgłę węglowodorową.
Te przejściowe cechy, widoczne w świetle ultrafioletowym, występują częściej na biegunie południowym i sugerują głęboki związek pomiędzy polem magnetycznym Jowisza a dynamiką atmosfery.
Odkrycie tajemniczych plam na Jowiszu
Słynna Wielka Czerwona Plama na Jowiszu od wieków fascynuje astronomów, ale badacze z Jowisza Uniwersytet Kalifornijski w Berkeleyodkryły nową tajemnicę: masywne plamy wielkości Ziemi na północnym i południowym biegunie Jowisza. W przeciwieństwie do Wielkiej Czerwonej Plamy te plamy polarne pojawiają się i znikają w nieprzewidywalny sposób.
Te ciemne owale, widoczne jedynie w świetle ultrafioletowym, są otulone gęstymi warstwami mgły stratosferycznej pokrywającej bieguny Jowisza. Zwykle można je znaleźć tuż pod jasnymi strefami zorzowymi planety, które są podobne do zorzy polarnej i południowej Ziemi. Plamy są wyraźnie widoczne na zdjęciach w ultrafiolecie wykonanych przez firmę NASA’S Kosmiczny Teleskop Hubble’a ponieważ pochłaniają więcej światła UV niż otoczenie, przez co wydają się ciemniejsze.
Coroczne obserwacje Hubble’a prowadzone w latach 2015–2022 wykazały, że ciemna plama UV pojawiała się na południowym biegunie Jowisza w około 75% przypadków. Jednak na biegunie północnym takie plamy były znacznie mniej powszechne i pojawiały się tylko na jednym z ośmiu zdjęć.
Odsłonięcie ciemnych owali UV Jowisza
Ciemne owale UV wskazują na niezwykłe procesy zachodzące w silnym polu magnetycznym Jowisza, które rozprzestrzeniają się w dół do biegunów i w głąb atmosfery, znacznie głębiej niż procesy magnetyczne tworzące zorze na Ziemi.
Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley i ich współpracownicy opisali to zjawisko 26 listopada w czasopiśmie Astronomia przyrodnicza.
Spostrzeżenia i metodologia badań
Ciemne owale UV zostały po raz pierwszy odkryte przez Hubble’a pod koniec lat 90. XX wieku na biegunie północnym i południowym, a następnie na biegunie północnym przez Cassini statek kosmiczny, który przeleciał obok Jowisza w 2000 roku, ale nie zwrócił na nie uwagi. Kiedy jednak Troy Tsubota, student Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, przeprowadził systematyczne badanie najnowszych zdjęć uzyskanych przez Hubble’a, odkrył, że są one wspólnym elementem bieguna południowego — naliczył osiem południowych ciemnych owali w promieniach UV (SUDO) w latach 1994–2022. W sumie 25 map globalnych Hubble’a, które pokazują biegun północny Jowisza, Tsubota i starszy autor Michael Wong, współpracownik astronoma badawczego pracujący w Space na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley Sciences Laboratory znalazło tylko dwa północne owale ciemne w promieniach UV (NUDO).
Większość zdjęć Hubble’a wykonano w ramach projektu Outer Planet Atmphers Legacy (OPAL) kierowanego przez Amy Simon, planetologa z Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA i współautorkę artykułu. Korzystając z Hubble’a, astronomowie OPAL dokonują corocznych obserwacji Jowisza, Saturn, Uran I Neptun aby zrozumieć dynamikę ich atmosfery i ewolucję w czasie.
Dynamika atmosfery i implikacje planetarne
„W ciągu pierwszych dwóch miesięcy zdaliśmy sobie sprawę, że te obrazy OPAL są w pewnym sensie kopalnią złota i bardzo szybko udało mi się zbudować potok analiz i przesłać wszystkie obrazy, aby zobaczyć, co otrzymamy” – powiedział Tsubota, który jest na ostatnim roku studiów na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley na potrójnym kierunku z fizyki, matematyki i informatyki. „Wtedy zdaliśmy sobie sprawę, że moglibyśmy przeprowadzić solidną analizę naukową i rzeczywiste dane oraz zacząć rozmawiać ze współpracownikami o tym, dlaczego się one pojawiają”.
Wong i Tsubota skonsultowali się z dwoma ekspertami w dziedzinie atmosfer planet — Tomem Stallardem z Uniwersytetu Northumbria w Newcastle-upon-Tyne w Wielkiej Brytanii i Xi Zhangiem z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz — aby ustalić, co może powodować te obszary gęstej mgły. Stallard wysunął teorię, że ciemny owal jest prawdopodobnie poruszany z góry przez wir powstający, gdy linie pola magnetycznego planety doświadczają tarcia w dwóch bardzo odległych miejscach: w jonosferze, gdzie Stallard i inni astronomowie wykryli wcześniej ruch wirowy za pomocą naziemnych teleskopów, oraz w arkusz gorący, zjonizowany osocze wokół planety rozrzuconej przez wulkaniczny księżyc Io.
Wir wiruje najszybciej w jonosferze, stopniowo słabnąc w miarę docierania do głębszych warstw. Podobnie jak tornado lądujące na zapylonym podłożu, najgłębszy obszar wiru powoduje poruszenie mglistej atmosfery, tworząc gęste plamy, które zaobserwowali Wong i Tsubota. Nie jest jasne, czy mieszanie powoduje wydobycie większej ilości zamglenia od dołu, czy też generuje dodatkowe zamglenie.
Na podstawie obserwacji zespół podejrzewa, że owale powstają w ciągu około miesiąca i znikają w ciągu kilku tygodni.
„Mgła w ciemnych owalach jest 50 razy gęstsza niż typowe stężenie” – powiedział Zhang – „co sugeruje, że prawdopodobnie powstaje w wyniku dynamiki wirujących wirów, a nie reakcji chemicznych wywoływanych przez wysokoenergetyczne cząstki z górnych warstw atmosfery. Nasze obserwacje wykazały, że czas i lokalizacja tych cząstek energetycznych nie korelują z wyglądem ciemnych owali”.
Odkrycia te mają na celu odkrycie projektu OPAL: w jaki sposób dynamika atmosfery na planetach-olbrzymach Układu Słonecznego różni się od tego, co wiemy na Ziemi.
„Badanie połączeń między różnymi warstwami atmosfery jest bardzo ważne dla wszystkich planet, niezależnie od tego, czy są to planety egzoplanetaJowisza lub Ziemi” – powiedział Wong. „Widzimy dowody na proces łączący wszystko w całym układzie Jowisza, od wewnętrznego dynama po satelity i ich torii plazmowe, jonosferę i mgły stratosferyczne. Znalezienie tych przykładów pomoże nam zrozumieć planetę jako całość.
Odniesienie: „Ciemne w promieniach UV owale polarne na Jowiszu jako znaczniki połączeń magnetosfery z atmosferą” Troy K. Tsubota, Michael H. Wong, Tom Stallard, Xi Zhang i Amy A. Simon, 26 listopada 2024 r., Astronomia przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41550-024-02419-0
Prace wspierała Narodowa Administracja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej.
