A Naprendszer egyedülálló meteorológiai szörnyetegeit fedezték fel

A művészi ábrázolás a Jupiter sztratoszférájának szeleit mutatja a déli pólus közelében, a szélsebességeket nyilakkal érzékeltetve, amelyeket a rajzoló a NASA Juno űrszondájának fedélzetén működő JunoCam által rögzített valódi Jupiter-képre montírozott

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 művészi ábrázolás a Jupiter sztratoszférájának szeleit mutatja a déli pólus közelében, a szélsebességeket nyilakkal érzékeltetve, amelyeket a rajzoló a NASA Juno űrszondájának fedélzetén működő JunoCam által rögzített valódi Jupiter-képre montírozott Forrás: ESO/L. Calçada & NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

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.

A 2,2 méteres MPG/ESO távcsővel és annak IRAC műszerével készített felvételekből összeállított kép a Shoemaker–Levy 9 üstökös darabjainak 1994 júliusában bekövetkezett Jupiterbe csapódását mutatja Forrás: ESO

„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."

Ez a lenyűgöző felvétel az infravörös tartományban készült 2008. augusztus 17-én éjszaka az ESO VLT-távcsőegyüttesén installált műszerprototípussal, a MAD-del (Multi-Conjugate Adaptive Optics Demonstrator). A hamisszínes kép több, összesen 20 perc expozíciós idejű felvételből állt össze, amelyeket három szűrőn (2 mikron, 2,14 mikron és 2,16 mikron) keresztül rögzítettek. A képpel elért szögfelbontás 90 milliívmásodperc az egész bolygókorongon, amely rekordnak számított a Föld felszínéről készített hasonló képekkel összehasonlítva. Az adott felbontás azt jelenti, hogy az óriásbolygó felszínén 300 km-es részletek már megkülönböztethetők. A Nagy Vörös Folt nem látható a képen, mivel az az észlelés során a bolygó másik oldalán tartózkodott. Az észlelések infravörös hullámhosszakon történtek, ahol erős a hidrogén és a metán elnyelése. Ez magyarázza azt, hogy a színek miért különböznek attól, ahogyan a Jupitert az optikai tartományban általában látjuk. Az említett elnyelés miatt a fény csak a nagy magasságú ködpáráról tud visszaverődni, a mélyebben fekvő felhőkről nem. Ez a ködpára a Jupiter troposzférájának nagyon stabil felső rétegében húzódik, ahol a nyomás 0,15 és 0,3 bar között van. A stabil régióban gyenge a keveredés, így az apró ködrészecskék méretüktől és kihullási sebességüktől függően napokig vagy akár évekig is megmaradhatnak. A Jupiter pólusainak közelében megfigyelhető magasabb, ködös sztratoszférikus fénylést (világoskék területek) a bolygó erős mágneses tere által csapdába ejtett részecskékkel történő kölcsönhatás okozza Forrás: ESO/F. Marchis, M. Wong, E. Marchetti, P. Amico, S. Tordo

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.