Mély szelek a Jupiteren

Egy új elméleti modell sikeresen magyarázza a Jupiter szeleinek és megfigyelt légköri alakzatainak kialakulását. A modell alapján az áramlatok akár 7000 km mélységbe is lenyúlhatnak.

A Jupiter légkörében fújó szelek jellemzőit régóta próbálják magyarázni a szakemberek. A bolygó atmoszférájában a szélességi körökkel párhuzamos sávok és zónák dominálnak, az egyenlítő térségében kelet felé fújó szelek sebessége a 170 m/s-ot is eléri. A légkör magas régióiban gyors futóáramlások, úgynevezett jetek jellemzőek. Utóbbiak két csoportra oszthatók: a szélesebb és erősebb kelet felé fújó jetekre az egyenlítő térségében, valamint a magasabb szélességeken jellemző egyéb áramlásokra. Utóbbiak keskenyebbek, gyengébbek és váltakozó irányba fújnak. Mind a sávos szerkezet, mind a futóáramlások igen stabilnak mutatkoznak. A Cassini néhány évvel ezelőtti, és a Voyager-szondák húsz éve készült méréseinek összehasonlítása alapján, a bolygó légkörzésének jellege alig változott a köztes időszakban.

Speciális viszonyok

A globális légkörzés magyarázata eddig azért volt nehéz, mert a légáramlatok kialakulásánál sokáig főleg a beeső napsugárzás hatását vették figyelembe, emellett a modellek a földi gyakorlatból kiindulva a légkört egy vékony zónának tekintették, ami nem fedi a valóságot egy óriásbolygónál. Mindezeken felül technikai okokból komoly egyszerűsítéseket is alkalmaztak a szimulációkban. Eddig nem is sikerült kielégítően megmagyarázni az egyenlítő térségében haladó jetek mozgási irányát, és a fenti két jet-típus közti eltérést.

Friedrich Busse (University of Bayreuth) már a 70-es években felhívta a figyelmet ezekre a nehézségekre, közülük is kiemelte a légkör-felszín kölcsönhatások speciális jellemzőit. Míg a Földön a légkör a szilárd felszínnel érintkezve súrlódik, addig a Jupiteren a magasabb áramlások lefelé haladva lassan, folyamatosan módosulnak, míg elérik a belső, folyékony hidrogén réteget. Nagy mélységben az anyag elektromosan vezető lesz, és viselkedését az elektromágneses folyamatok is alapvetően befolyásolják. A számítások szerint emiatt belülről kifelé haladva, csak a centrumtól a Jupiter sugarának 90%-ánál messzebb lehetséges az egymás feletti rétegek eltérő sebességű mozgása.

Új modell

A Max Planck Intézet, az edmontoni Alberta Egyetem és a Los Angeles-i Kalifornia Egyetem munkatársai, a fentieket szem előtt tartva, új számítógépes programot készítettek a Jupiter szeleinek kialakulásáról. Eredményeik lényegesen jobbak a korábbiaknál, háromdimenziós környezetet szimuláló modelljük helyesen jelezte előre az óriásbolygó légáramlásait.

A Johannes Wicht (Max Planck Institute) vezetésével dolgozó csoport, a belső hő hatására kialakuló konvektív áramlatok viselkedését egy forgó, folyékony anyagburokban vizsgálta, amely a planéta külső rétegét szimulálta. Modelljükben a légáramlatok a mozgásukhoz szükséges energiát elsősorban nem a beeső napsugárzástól, hanem a Jupiter belső hőjétől kapják. Mivel a bolygó gyorsan forog (egy nap a Jupiteren csak 10 földi óráig tart), a forgás behatárolja a légörvények lehetséges maximális méretét. Egy kritikus méretnél, az úgynevezett Rhines-hossznál nagyobb átmérőjű örvényeket a bolygó forgása és görbült alakja együttesen jet-áramlatokká alakítja.

A szimuláció során kirajzolódó kép jól egyezik a megfigyelésekkel: az egyenlítő térségében széles és erős, kelet felé mutató áramlás jelentkezik, míg magas szélességen a váltakozó színek, váltakozó irányú szeleket jeleznek. A vörös szín kelet felé, a kék pedig nyugat felé haladó áramlásokat jelöl (fotó: Johannes Wicht, Max Planck Institute)

Az új eredmények alapján a lefelé növekvő sebességű szelek kb. 7000 km mélységig hatolnak, és ott erősen kapcsolódnak a folyékony molekuláris hidrogén réteghez. Ugyanakkor nem érik el a folyékony molekuláris hidrogén és az ezalatt lévő, fémes folyékony réteg közötti határt. A légkör gázanyagának és a folyékony hidrogén rétegnek a kapcsolódása, illetve az örvények maximális, lehetséges mérete miatt, a bolygó magas szélességű részein, az örvények váltakozó kelet-nyugat irányú futóáramlásokra esnek szét, kialakítva a megfigyelt mintázatot.