Webb Space Telescope onthult nieuw kenmerk in de atmosfeer van Jupiter – ‘het verraste ons totaal’

Een smalle straalstroom nabij de evenaar van Jupiter heeft windsnelheden van 520 km/uur.

Jupiter Het bevat enkele van de meest opvallende kenmerken van de atmosfeer in ons zonnestelsel. De Grote Rode Vlek van de planeet, groot genoeg om de aarde te omhullen, is bijna net zo herkenbaar als sommige van de verschillende rivieren en bergen op de planeet die wij ons thuis noemen.

Maar net als de aarde verandert Jupiter voortdurend, en er is nog veel over de planeet dat we nog moeten leren. NASA‘S James Webb-ruimtetelescoop Het ontsluit enkele van deze mysteries en onthult nieuwe kenmerken van Jupiter die we nog niet eerder hebben gezien, waaronder een hogesnelheidsvliegtuig dat boven de evenaar van de planeet raast. Hoewel de straalstroom visueel niet zo helder of verbluffend is als sommige andere kenmerken van Jupiter, geeft het onderzoekers wel een fascinerend inzicht in hoe de atmosferische lagen van de planeet met elkaar omgaan, en hoe Webb in de toekomst bij dit onderzoek zal helpen.

Onderzoekers die de NIRCam (nabij-infraroodcamera) van NASA’s James Webb-ruimtetelescoop gebruiken, hebben een snelle straalstroom gedetecteerd die zich net boven de evenaar van Jupiter bevindt, boven de belangrijkste wolkenoppervlakken. Op een golflengte van 2,12 micron, die wordt waargenomen tussen hoogten van ongeveer 20 tot 35 kilometer boven de wolkentoppen van Jupiter, observeerden de onderzoekers verschillende windscheren, oftewel gebieden waar de windsnelheid verandert met de hoogte of afstand, waardoor ze om een ​​spoor van het vliegtuig waar te nemen. Deze afbeelding benadrukt verschillende kenmerken rond het equatoriale gebied van Jupiter die, tussen één omwenteling van de planeet (10 uur), duidelijk verstoord worden door de beweging van de straalstroom. Beeldcredits: NASA, ESA, CSA, STScI, Ricardo Hueso (UPV), Emke de Pater (UC Berkeley), Thierry Fouchet (Observatorium van Parijs), Lee Fletcher (Universiteit van Leicester), Michael H. Wong (Universiteit van Californië in Berkeley ), Joseph DePasquale (STScI)

De Webb-ruimtetelescoop ontdekt een nieuw kenmerk in de atmosfeer van Jupiter

NASA’s James Webb-ruimtetelescoop heeft een nieuw, nog nooit eerder gezien kenmerk in de atmosfeer van Jupiter ontdekt. Het hogesnelheidsvliegtuig, ruim 4.800 km breed, bevindt zich boven de evenaar van Jupiter, boven grote wolkenoppervlakken. De ontdekking van dit straalvliegtuig geeft inzicht in hoe de lagen van de turbulente atmosfeer van Jupiter met elkaar interacteren, en hoe Webb op unieke wijze in staat is deze kenmerken te volgen.

“Dit is iets dat ons volledig heeft verrast”, zegt Ricardo Hueso van de Universiteit van Baskenland in Bilbao, Spanje, hoofdauteur van het artikel waarin de bevindingen worden beschreven. ‘Wat we altijd als een vage waas in de atmosfeer van Jupiter zagen, verschijnt nu als duidelijke kenmerken die we samen met de snelle rotatie van de planeet kunnen volgen.’

De unieke beeldmogelijkheden van Webb

Het onderzoeksteam analyseerde gegevens van de Webb NIRCam (nabij-infraroodcamera), vastgelegd in juli 2022. Early Release Science Program – mede geleid door Imke de Pater van Universiteit van California, Berkeley en Thierry Foucher van het Observatorium van Parijs – is ontworpen om beelden te maken van Jupiter met een tussenpoos van tien uur, of één Jupiterdag, in vier verschillende filters, die elk op unieke wijze in staat zijn om veranderingen in kleine kenmerken op verschillende hoogten van de atmosfeer van Jupiter te detecteren.

Jupiter heeft een gelaagde atmosfeer, en deze illustratie laat zien hoe Webb op unieke wijze informatie kan verzamelen uit hogere lagen van de atmosfeer dan voorheen. Wetenschappers konden Webb gebruiken om windsnelheden in verschillende lagen van de atmosfeer van Jupiter te bepalen om zo de hogesnelheidsstraal te isoleren. Waarnemingen van Jupiter werden gedaan met een tussenpoos van tien uur, oftewel één Jupiterdag, in drie verschillende filters, die hier worden beschreven, die elk op unieke wijze in staat zijn om veranderingen in kleine kenmerken op verschillende hoogten van de atmosfeer van Jupiter te detecteren. Beeldcredits: NASA, ESA, CSA, STScI, Ricardo Hueso (UPV), Emke de Pater (UC Berkeley), Thierry Fouchet (Observatorium van Parijs), Lee Fletcher (Universiteit van Leicester), Michael H. Wong (Universiteit van Californië in Berkeley , Andy James (STScI)

“Hoewel veel telescopen en ruimtevaartuigen op de grond, zoals NASA’s Juno en… CassiniEn NASA Hubble-ruimtetelescoop De Pater observeerde de veranderende weerpatronen van het Jupiterstelsel, en Webb had al nieuwe bevindingen gedaan over de ringen, satellieten en atmosfeer van Jupiter.

Contrasterende lagen van de atmosfeer

Hoewel Jupiter in veel opzichten verschilt van de aarde – Jupiter is een gasreus en de aarde een gematigde, rotsachtige wereld – hebben beide planeten een gelaagde atmosfeer. De infrarode, zichtbare, radio- en ultraviolette golflengten die door deze andere missies worden waargenomen, detecteren de lagere en diepere lagen van de atmosfeer van de planeet – waar Gigantische stormen Er zijn ammoniak-ijswolken aanwezig.

Aan de andere kant is Webbs zicht verder weg in het nabij-infrarood dan voorheen gevoelig voor hogere lagen van de atmosfeer, ongeveer 25 tot 50 kilometer boven de wolkentoppen van Jupiter. Bij nabij-infraroodbeelden ziet waas op grote hoogte er doorgaans wazig uit, met een verhoogde helderheid boven het equatoriale gebied. Met Web worden fijne details opgelost binnen de wazige, heldere band.

Deze illustratie van bliksem, convectietorens (donderkoppen), diepe waterwolken en opklaringen in de atmosfeer van Jupiter is gebaseerd op gegevens verzameld door het Juno-ruimtevaartuig, de Hubble-ruimtetelescoop en het Gemini-observatorium. Juno detecteert radiosignalen die worden gegenereerd door bliksemontladingen. Omdat radiogolven door alle wolkenlagen van Jupiter kunnen gaan, kan Juno zowel bliksem in diepe wolken als bliksem aan de dagzijde van de planeet detecteren. Hubble detecteert zonlicht dat weerkaatst door wolken in de atmosfeer van Jupiter. Verschillende golflengten dringen door tot verschillende diepten in wolken, waardoor onderzoekers de relatieve hoogte van wolkentoppen kunnen bepalen. Gemini brengt de dikte van koude wolken in kaart die thermisch infrarood licht van de warmere lagen van de atmosfeer onder de wolken blokkeren. Dichte wolken zien er donker uit op infraroodkaarten, terwijl open plekken helder lijken. De verzameling waarnemingen kan worden gebruikt om de wolkenstructuur in drie dimensies in kaart te brengen en details van de atmosferische circulatie af te leiden. Dikke, torenhoge wolken vormen zich naarmate vochtige lucht stijgt (opwellend water en actieve convectie). Er ontstaan ​​zuiveringen waar de drogere (bodem)lucht naar beneden zakt. De getoonde wolken stijgen vijf keer hoger op dan vergelijkbare convectietorens in de relatief ondiepe atmosfeer van de aarde. Het weergegeven gebied bestrijkt een horizontaal gebied dat een derde groter is dan de continentale Verenigde Staten. Afbeelding tegoed: NASA, ESA, M. H. Wong (UC Berkeley) en A. James en MW Carruthers (STScI)

Kenmerken van de nieuwe jetstream

De nieuw ontdekte straalstroom beweegt met een snelheid van ongeveer 320 mijl per uur (515 kilometer per uur), twee keer zo snel als de aanhoudende wind die op het aardoppervlak waait. Orkaan van categorie 5 Hier op aarde. Het bevindt zich ongeveer 40 kilometer boven de wolken, in de lagere stratosfeer van Jupiter (zie afbeelding hierboven).

Door de winden waargenomen door Webb op grote hoogte te vergelijken met de winden waargenomen door Hubble in diepere lagen, kon het team meten hoe snel de wind verandert met de hoogte en windschering genereert.

Hoewel de uitmuntende resolutie en golflengtedekking van Webb de detectie mogelijk maakten van kleine wolkenkenmerken die werden gebruikt om de jet te volgen, waren complementaire waarnemingen van Hubble, genomen een dag na Webbs waarnemingen, ook cruciaal voor het bepalen van de grondtoestand van de equatoriale atmosfeer van Jupiter en het observeren van de ontwikkeling van convectiestormen op de evenaar. Jupiter is niet verbonden met het vliegtuig.

“We wisten dat de verschillende golflengten van Webb en Hubble de 3D-structuur van stormwolken zouden onthullen, maar we konden ook de timing van de gegevens gebruiken om te zien hoe snel stormen zich ontwikkelen”, voegde teamlid Michael Wong van de Universiteit van Californië eraan toe. , Californië. Californië, Berkeley, die leiding gaf aan de bijbehorende Hubble-observaties.

Toekomstige observaties en implicaties

De onderzoekers kijken uit naar aanvullende waarnemingen van Jupiter met Webb om te bepalen of de snelheid en hoogte van het vliegtuig in de loop van de tijd veranderen.

“Jupiter heeft een complex maar repetitief patroon van winden en temperaturen in de equatoriale stratosfeer, hoog boven de winden in wolken en mist gemeten op deze golflengten”, legt teamlid Lee Fletcher van de Universiteit van Leicester in Groot-Brittannië uit. “Als de kracht van dit nieuwe straalvliegtuig verband houdt met dit oscillerende stratosferische patroon, kunnen we verwachten dat het straalvliegtuig de komende twee tot vier jaar dramatisch zal veranderen – het zal heel interessant zijn om deze theorie de komende jaren te testen.”

Hij vervolgde: “Ik vind het verbazingwekkend dat we, na jarenlang de wolken en winden van Jupiter vanuit talloze observatoria te hebben gevolgd, nog steeds meer te leren hebben over Jupiter, en dat kenmerken zoals deze aan het zicht verborgen kunnen blijven totdat deze nieuwe NIRCam-beelden in 2022 worden gemaakt. .” “. Fletcher.

De bevindingen van de onderzoekers zijn onlangs gepubliceerd in Natuur astronomie.

Referentie: “Een smalle, gecondenseerde equatoriale straal in de lagere stratosfeer van Jupiter waargenomen door de James Webb Ruimtetelescoop” door Ricardo Hueso, Agustín Sanchez-La Vega, Thierry Foucher, Imke De Pater, Arati Antoniano, Lee N. Fletcher, Michael H. Wong , en Pablo Rodriguez-Offaly, Lawrence A. Sromowski, Patrick M. Frey, Glenn S. Orton, Sandrine Girlet, Patrick JJ Irwin, Emmanuel Lelouch, Jake Harkett, Catherine de Clare, Henrik Melin, Vincent Hue, Amy A. Simon, Statia Luszcz-Cook en Kunio M. Sayanagi, 19 oktober 2023, Natuur astronomie.
doi: 10.1038/s41550-023-02099-2

De James Webb-ruimtetelescoop is ’s werelds toonaangevende observatorium voor ruimtewetenschap. Webb lost de mysteries van ons zonnestelsel op, kijkt verder dan de verre werelden rond andere sterren en onderzoekt de mysterieuze structuren en oorsprong van ons universum en onze plaats daarin. WEB is een internationaal programma onder leiding van NASA en zijn partners, de European Space Agency (ESA).Europese Ruimtevaartorganisatie) en de Canadian Space Agency.