Webb-ruimtetelescoop onthult nieuwe functie in de atmosfeer van Jupiter – “Verrast ons totaal”

De smalle straalstroom nabij de evenaar van Jupiter heeft windsnelheden tot 520 kilometer per uur.

Donderdag Ons zonnestelsel heeft de meest voor de hand liggende atmosferische kenmerken. De Grote Rode Vlek van de planeet, groot genoeg om de aarde te omvatten, staat bekend als enkele van de verschillende rivieren en bergen op de planeet die wij ons thuis noemen.

Maar net als de aarde verandert Jupiter altijd, en we moeten nog veel leren over de planeet. NASAS De James Webb-ruimtetelescoop Het ontgrendelt enkele van die mysteries en onthult nieuwe functies die we nog nooit eerder hebben gezien, waaronder een hogesnelheidsvliegtuig dat over de evenaar van Jupiter raast. Hoewel de straalstroom niet zo visueel voor de hand liggend of ontzagwekkend is als sommige andere kenmerken van Jupiter, biedt het onderzoekers ongelooflijk inzicht in hoe de lagen van de atmosfeer van de planeet met elkaar omgaan en hoe het web deze onderzoeken in de toekomst kan helpen.

Onderzoekers die gebruik maken van de NIRCam (Near Infrared Camera) van NASA’s James Webb Space Telescope hebben een snelle straalstroom ontdekt die zich boven de evenaar van Jupiter bevindt, boven de belangrijkste wolkenlagen. Op golflengten van 2,12 micron tussen ongeveer 20 en 35 kilometer boven de wolkentoppen van Jupiter vonden de onderzoekers verschillende windscheren, oftewel gebieden waar de windsnelheid verandert met de hoogte of afstand. Volg het vliegtuig. Deze afbeelding benadrukt verschillende kenmerken rond het equatoriale gebied van Jupiter, die tussen één omwenteling van de planeet (10 uur) het duidelijkst worden verstoord door de beweging van de straalstroom. Credits: NASA, ESA, CSA, STScI, Ricardo Hueso (UPV), Imke de Pater (UC Berkeley), Thierry Fouchet (Observatorium van Parijs), Leigh Fletcher (Universiteit van Leicester), Michael H. Wong (UC Berkeley), Joseph DePasquale (STScI)

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

NASA’s James Webb-ruimtetelescoop heeft een nieuw, nog nooit eerder gezien kenmerk in de atmosfeer van Jupiter ontdekt. De snelle straalstroom, 4.800 kilometer breed, bevindt zich boven de evenaar van Jupiter, boven de belangrijkste wolkenlagen. De ontdekking van dit straalvliegtuig geeft inzicht in hoe de lagen van de beroemde turbulente atmosfeer van Jupiter op elkaar inwerken, en hoe het web op unieke wijze in staat is deze kenmerken te volgen.

“Het was iets dat ons compleet verraste”, zegt Ricardo Hueso van de Universiteit van Baskenland in Bilbao, Spanje, hoofdauteur van het artikel waarin de bevindingen worden beschreven. ‘Wat we altijd als zwakke nevels in de atmosfeer van Jupiter hebben gezien, verschijnen nu als vloeiende kenmerken die samen met de snelle rotatie van de planeet kunnen worden gevolgd.’

De unieke beeldmogelijkheden van Webb

Het onderzoeksteam analyseerde de NIRCam-gegevens (nabij-infraroodcamera) van Webb die in juli 2022 waren vastgelegd. Early Release Science Project – Mede geleid door Imke de Pater. Universiteit van California, Berkeley en Thierry Fausset van het Observatorium van Parijs – ontworpen om beelden van Jupiter te maken met tussenpozen van 10 uur, of één Jupiter-dag, met vier verschillende filters, die elk veranderingen in kleine kenmerken op verschillende hoogten in de atmosfeer van Jupiter kunnen detecteren.

Jupiter heeft een gelaagde atmosfeer, en dit voorbeeld laat zien hoe Webb het unieke vermogen heeft om informatie uit hogere lagen van de atmosfeer te verzamelen dan ooit tevoren. Wetenschappers konden het web gebruiken om windsnelheden in verschillende lagen van de atmosfeer van Jupiter te identificeren om zo de hogesnelheidsstraal te isoleren. Waarnemingen van Jupiter werden gedaan met tussenpozen van 10 uur, oftewel één Jupiterdag, met drie verschillende filters, zoals hier gespecificeerd, die elk veranderingen in kleine kenmerken op verschillende hoogten in de atmosfeer van Jupiter konden detecteren. Credits: NASA, ESA, CSA, STScI, Ricardo Hueso (UPV), Imke de Pater (UC Berkeley), Thierry Fouchet (Observatorium van Parijs), Leigh Fletcher (Universiteit van Leicester), Michael H. Wong (UC Berkeley), Andi James (STScI)

“Hoewel er veel verschillende telescopen op de grond zijn, zijn ruimtevaartuigen zoals Juno van NASA en… Cassinien die van NASA Hubble-ruimtetelescoop Door de veranderende weerpatronen van het Jupiterstelsel te observeren, heeft Webb al nieuwe ontdekkingen gedaan van de ringen, satellieten en atmosfeer van Jupiter”, aldus De Pater.

Verschillende atmosferische lagen

Hoewel Jupiter in veel opzichten van de aarde verschilt – Jupiter is een gasreus, terwijl de aarde een rotsachtige, gematigde wereld is – hebben beide planeten een gelaagde atmosfeer. Infrarode, zichtbare, radio- en ultraviolet-lichtgolflengten worden waargenomen door deze andere missies, waarbij diepere, lagere lagen van de atmosfeer van de planeet worden gedetecteerd. Grote stormen En er bevinden zich ammoniak-ijswolken.

Aan de andere kant is de verschijning van het web in het nabij-infrarood gevoeliger voor de lagen van de atmosfeer op grote hoogte, zo’n 25 tot 50 kilometer boven de wolkentoppen van Jupiter. Bij nabij-infraroodbeelden lijken mist op grote hoogte doorgaans zwakker, met een grotere helderheid in het equatoriale gebied. Met Webb worden fijne details opgelost in een heldere, gedimde 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 bliksem in diepe wolken en bliksem aan de dagzijde van de planeet detecteren. Hubble detecteert zonlicht dat weerkaatst door wolken in de atmosfeer van Jupiter. Verschillende golflengten dringen wolken tot verschillende diepten binnen, waardoor onderzoekers de relatieve hoogte van wolkentoppen kunnen bepalen. Gemini brengt de dikte van koude wolken in kaart die thermisch infrarood licht van warmere atmosferische lagen onder de wolken blokkeren. Dichte wolken lijken donkerder op infraroodkaarten, terwijl heldere wolken helderder lijken. Een combinatie van waarnemingen kan worden gebruikt om de wolkenstructuur in drie dimensies in kaart te brengen en details van de atmosferische circulatie af te leiden. Dichte wolken op grote hoogte vormen zich waar vochtige lucht opstijgt (opwelling en actieve convectie). Reinigt de vorm waar droge lucht zinkt (stroomafwaarts). De getoonde wolken stijgen vijf keer hoger op dan vergelijkbare convectietorens in de relatief ondiepe atmosfeer van de aarde. Het geïllustreerde gebied bestrijkt een horizontale afstand van ongeveer een derde van die van de continentale Verenigde Staten. Krediet: NASA, ESA, MH Wong (UC Berkeley) en A. James en MW Carruthers (STScI)

Kenmerken van de nieuwe jetstream

De nieuw ontdekte jetstream reist met een snelheid van ongeveer 320 mijl per uur (515 kilometer per uur). Orkaan van categorie 5 Hier op aarde. Het bevindt zich in de lagere stratosfeer van Jupiter, ongeveer 40 kilometer boven de wolken (zie kaart hierboven).

Door de door Webb op grotere hoogte waargenomen wind te vergelijken met de wind die vanuit Hubble in diepere lagen wordt waargenomen, kan het team meten hoe snel de wind verandert met de hoogte en windscheringen veroorzaken.

Hoewel de fijne resolutie en golflengtedekking van Webb de detectie van kleine wolkenkenmerken mogelijk maakten die werden gebruikt om het straalvliegtuig te volgen, waren de aanvullende waarnemingen van Hubble, genomen een dag na de waarnemingen van Webb, cruciaal voor het bepalen van de basistoestand van de equatoriale atmosfeer van Jupiter en het volgen van de ontwikkeling ervan. Convectieve stormen op de evenaar van Jupiter houden geen verband met de jet.

“We wisten dat de verschillende golflengten van Webb en Hubble de driedimensionale structuur van onweerswolken konden onthullen, maar we konden ook de timing van de gegevens gebruiken om te zien hoe snel stormen zich ontwikkelen”, zegt Michael Wong, een teamlid bij de Universiteit. Berkeley, Californië, leidde de relevante Hubble-observaties.

Toekomstige observaties en implicaties

De onderzoekers kijken uit naar verdere observaties van Jupiter langs het web om te bepalen of de snelheid en hoogte van de jet in de loop van de tijd veranderen.

“Jupiter heeft een complex maar zich herhalend patroon van winden en temperaturen in de equatoriale stratosfeer, waarbij wolkenwinden en mist gemeten worden op deze golflengten”, legt teamlid Lee Fletcher van de Universiteit van Leicester in het Verenigd Koninkrijk uit. “Als de kracht van dit nieuwe straalvliegtuig gekoppeld is aan dit oscillerende stratosferische patroon, kunnen we verwachten dat het straalvliegtuig de komende twee tot vier jaar aanzienlijk zal variëren – het zal heel spannend zijn om deze theorie de komende jaren te testen.”

Zelfs na het observeren van de wolken en de wind van Jupiter vanuit verschillende observatoria, moeten we nog steeds veel weten over Jupiter, en het verbaast mij dat deze straalachtige kenmerken aan het zicht onttrokken kunnen blijven totdat deze nieuwe NIRCam-beelden in 2022 worden gemaakt. Fletcher.

De resultaten van de onderzoekers zijn onlangs gepubliceerd Natuurlijke astronomie.

Referentie: Ricardo Hueso, Agustin Sánchez-LaVega, Thierry Fawcett, Imke de Pater, Arrad Antonano, Lee N. Fletcher, Michaël H. “Een intense smalle equatoriale straal in de lagere stratosfeer van Jupiter”, waargenomen door JWST door Ovalre, Pablo-Ovalre, Pablo-Ovalre, Pablo-Asci, Ricardo Hueso. Laurens A. Sromowski, Patrick M. Fry, Glenn S. Orton, Sandrin Gurlett, Patrick G.J. Irwin, Emmanuelle Lelouch, Jake Hurgett, Catherine de Kleer, Henrik Melin, Vincent Huey, Amy A. Simon, Stadia Luss-Cook en Kunito M. Sayanaki, 19 oktober 2023, Natuurlijke astronomie.
DOI: 10.1038/s41550-023-02099-2

De James Webb-ruimtetelescoop is ’s werelds belangrijkste laboratorium voor ruimtewetenschap. Webb lost de mysteries van ons zonnestelsel op, kijkt verder naar verre werelden rond andere sterren en onderzoekt de mysterieuze structuren en oorsprong van ons universum en onze plaats daarin. WEB is een internationaal project onder leiding van NASA’s partner ESA.Europese Ruimtevaartorganisatie) en de Canadian Space Agency.