Οι υπερηχητικοί στρατοσφαιρικοί άνεμοι του Δία τον κάνουν ένα μοναδικό τέρας
Χρησιμοποιώντας τον απόηχο μιας σύγκρουσης κομήτη το 1994, οι αστρονόμοι μέτρησαν τους ανέμους που πνέουν στη στρατόσφαιρα του Δία για πρώτη φορά. Η ομάδα ανακάλυψε ότι αυτοί οι άνεμοι που μαίνεται γύρω από τη μεσαία ατμόσφαιρα του μεγαλύτερου πλανήτη του ηλιακού συστήματος έχουν απίστευτα ισχυρές ταχύτητες έως και 400 μέτρα ανά δευτερόλεπτο στους πόλους.
Τα ευρήματα της ομάδας αντιπροσωπεύουν μια σημαντική ανακάλυψη στην πλανητική μετρολογία και χαρακτηρίζουν τον γίγαντα των αερίων ως αυτό που η ομάδα περιγράφει ως «μοναδικό μετρολογικό θηρίο στο ηλιακό σύστημα».
Για τη διεξαγωγή της έρευνας, οι αστρονόμοι απέκλιναν από τις συνήθεις μεθόδους που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση των ανέμων του Δία. Προηγούμενες προσπάθειες για τη μέτρηση των ανέμων του γίγαντα αερίου βασίζονταν στη μέτρηση στροβιλιζόμενων νεφών αερίου –που φαίνονται ως οι χαρακτηριστικές κόκκινες και άσπρες ζώνες του πλανήτη– αλλά αυτή η μέθοδος είναι αποτελεσματική μόνο στη μέτρηση των ανέμων στην κατώτερη ατμόσφαιρα. Ενώ, χρησιμοποιώντας το σέλας στους πόλους του Δία, οι ερευνητές κατάφεραν να μοντελοποιήσουν τους ανέμους στην ανώτερη ατμόσφαιρα. Όμως, και οι δύο αυτές μέθοδοι, ακόμη και όταν χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό, έχουν αφήσει τους ανέμους στο μεσαίο τμήμα της ατμόσφαιρας του γίγαντα αερίου –τη στρατόσφαιρα– κάτι σαν μυστήριο.
Αυτό μέχρι τώρα. Αυτή η ομάδα αστρονόμων χρησιμοποίησε τη συστοιχία Atacama Large Millimeter Array (ALMA) για να παρακολουθήσει τα μόρια που είχαν απομείνει στην ατμόσφαιρα του Δία από τη σύγκρουση με τον κομήτη Shoemaker-Levy 9 το 1994.
«Έπρεπε να χρησιμοποιήσουμε την ικανότητα του ALMA να χαρτογραφεί γρήγορα τη φασματική εκπομπή του Δία σε πολύ υψηλή χωρική και φασματική ανάλυση στο υποχιλιοστό και να παρατηρούμε τις μετατοπίσεις Doppler που προκαλούνται από τους ανέμους στη φασματική γραμμή που στοχεύαμε», ο επικεφαλής της ομάδας Thibault Cavalié, Laboratoire d'Astrophysique de Το Μπορντό, Γαλλία, λέει αποκλειστικά στο ZME Science. «Θα μπορούσαμε να συμπεράνουμε τις ταχύτητες του ανέμου όπως ακριβώς θα μπορούσατε να συμπεράνουμε την ταχύτητα ενός διερχόμενου πυροσβεστικού οχήματος από την αλλαγή της συχνότητας της σειρήνας του. Αυτή η φασματική γραμμή σχηματίζεται στη στρατόσφαιρα, δίνοντάς μας πρόσβαση στους ανέμους σε αυτό το υψόμετρο.
Ο Cavalié εξηγεί ότι η ομάδα έπρεπε να χρησιμοποιήσει την ικανότητα του ALMA να χαρτογραφεί γρήγορα τη φασματική εκπομπή του Δία σε πολύ υψηλή χωρική και φασματική ανάλυση στο υποχιλιοστό και να παρατηρεί τις μετατοπίσεις Doppler που προκαλούνται από τους ανέμους στη φασματική γραμμή που στόχευαν.
«Θα μπορούσαμε να συμπεράνουμε τις ταχύτητες του ανέμου όπως ακριβώς θα μπορούσατε να συμπεράνουμε την ταχύτητα ενός διερχόμενου πυροσβεστικού οχήματος από την αλλαγή της συχνότητας της σειρήνας του», συνεχίζει ο ερευνητής. "Αυτή η φασματική γραμμή σχηματίζεται στη στρατόσφαιρα, δίνοντάς μας πρόσβαση στους ανέμους σε αυτό το υψόμετρο."
Αυτό που ανακάλυψαν οι αστρονόμοι ήταν ισχυροί άνεμοι στη μέση ατμόσφαιρα του Δία σε δύο διαφορετικές τοποθεσίες. Το ένα σύνολο ανέμων ήταν σύμφωνο με τις προσδοκίες, αλλά το άλλο προκάλεσε έκπληξη.
Οι άνεμοι του Jupiter 'Supersonic Jet'
Ο Cavalié εξηγεί ότι η ομάδα βρήκε για πρώτη φορά έναν πίδακα με ταχύτητα 200 μέτρων το δευτερόλεπτο προς τα ανατολικά ακριβώς βόρεια του ισημερινού σε «υπερ-περιστροφή—που σημαίνει ότι ο άνεμος περιστρέφεται πιο γρήγορα γύρω από τον πλανήτη από ό,τι ο ίδιος ο πλανήτης. «Οι άνεμοι σε τέτοια γεωγραφικά πλάτη αναμένονταν από μοντέλα και προηγούμενες μετρήσεις θερμοκρασίας σε αυτά τα χαμηλά γεωγραφικά πλάτη», προσθέτει ο αστρονόμος.
Ωστόσο, δεν ανταποκρίνονται στις προσδοκίες όλα όσα παρατηρήθηκαν από την ομάδα.
«Το πιο εκπληκτικό είναι ότι εντοπίσαμε ανέμους που βρίσκονται κάτω από την κύρια εκπομπή σέλας UV κοντά στους πόλους του Δία. Αυτοί οι άνεμοι έχουν ταχύτητες από 300 έως 400 μέτρα ανά δευτερόλεπτο», λέει ο Cavalié. "Ενώ οι ισημερινοί άνεμοι ήταν κάπως αναμενόμενοι, οι άνεμοι του σέλας και η υψηλή τους ταχύτητα ήταν απολύτως απροσδόκητα."
Για να γίνει κατανοητό αυτό, οι ταχύτεροι άνεμοι που έχουν καταγραφεί ποτέ στη γη έφτασαν σε ταχύτητα μόλις 103 μέτρα ανά δευτερόλεπτο – μετρημένη στο Παρατηρητήριο του Όρους Ουάσιγκτον το 1931. Αυτοί οι άνεμοι σέλας κέρδισαν ακόμη και τους ανέμους που καταγράφηκαν στη Μεγάλη Ερυθρά Κηλίδα του Δία – μια συνεχιζόμενη μαινόμενη καταιγίδα στην επιφάνεια του γίγαντα αερίου – τα οποία έχουν χρονιστεί με περίπου 120 μέτρα ανά δευτερόλεπτο.
Ωστόσο, η ταχύτητα αυτών των τζετ δεν είναι η μόνη εκφοβιστική τους ποιότητα. Οι πίδακες φαίνεται να συμπεριφέρονται σαν μια γιγάντια δίνη με διάμετρο περίπου τετραπλάσια από αυτή ολόκληρου του πλανήτη μας, φτάνοντας σε ύψος περίπου 900 χιλιομέτρων.
Οι μετρήσεις και η εκπληκτική ανακάλυψη της ομάδας, τεκμηριώθηκαν σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε στην τελευταία έκδοση του Astronomy &Astrophysics , δεν θα ήταν δυνατό χωρίς ένα βίαιο περιστατικό στην πρόσφατη ιστορία του Δία.
Shoemaker-Levy 9 Still has Impact
Η επίδραση του Shoemaker-Levy 9 στην επιφάνεια του Δία ήταν ένα γεγονός –ή ακριβέστερα μια σειρά γεγονότων– που είχε ήδη γράψει ιστορία προτού τα αποτελέσματά του καταστήσουν δυνατή αυτή την έρευνα.
Ο κομήτης διαλύθηκε στην ατμόσφαιρα του πλανήτη με αποτέλεσμα μια σειρά από κρούσεις που δεν είχαν μελετηθεί ποτέ πριν από το 1994, και είναι κάπως ειρωνικό ότι χάρη σε αυτή τη μελέτη, το Shoemaker-Levy 9 εξακολουθεί να έχει αντίκτυπο σήμερα. Ο κομήτης άφησε ίχνη υδροκυανίου που στροβιλίζονται στην ατμόσφαιρα του Δία, τα οποία η ομάδα μπόρεσε να παρακολουθήσει.
«Η ομάδα μέτρησε τη μετατόπιση Doppler των μορίων υδροκυανίου - μικροσκοπικές αλλαγές στη συχνότητα της ακτινοβολίας που εκπέμπεται από τα μόρια - που προκαλείται από την κίνησή τους που οδηγείται από τους στρατοσφαιρικούς ανέμους στον Δία», λέει ο Thomas K Greathouse, Ανώτερος Επιστήμονας Ερευνών στο Southwest Research Institute (SwRI). ), υπεύθυνος για την ανάπτυξη της μελέτης και ανάλυσης των αποτελεσμάτων της παρατήρησης. "
Το γεγονός ότι η ομάδα μπόρεσε να λάβει όλες τις μετρήσεις που έκανε με μόλις 30 λεπτά χρόνου λειτουργίας με το ALMA είναι μια εντυπωσιακή απόδειξη της ισχύος και της ακρίβειας των 66 κεραιών που αποτελούν τη διάταξη τηλεσκοπίων που βρίσκεται στην έρημο Atacama της Βόρειας Χιλής. , επί του παρόντος το πιο ισχυρό ραδιοτηλεσκόπιο στη Γη.
«Ήταν η διαθεσιμότητα του ALMA που κατέστησε δυνατές αυτές τις μετρήσεις. Οι προηγούμενες εγκαταστάσεις ραδιοπαρατηρητηρίου δεν είχαν τον συνδυασμό φασματικής και χωρικής ανάλυσης μαζί με την υψηλή ευαισθησία που απαιτείται για τη μέτρηση των ανέμων, όπως έγινε σε αυτή τη μελέτη», λέει ο Greathouse στο ZME Science. «Η πραγματοποίηση περαιτέρω παρατηρήσεων χρησιμοποιώντας το ALMA για τη σύλληψη του Δία σε διαφορετικούς προσανατολισμούς θα μας επιτρέψει να μελετήσουμε αυτούς τους ανέμους με περισσότερη λεπτομέρεια και θα μας επιτρέψει να αναζητήσουμε τη χρονική μεταβλητότητα και σε αυτούς.
"Επιπλέον, θα είναι δυνατές πιο εκτενείς μετρήσεις από την αποστολή JUICE και το Submillimeter Wave Instrument της που πρόκειται να ξεκινήσει το 2022."
Το μέλλον των ερευνών του Δία
Το JUICE ή Jupiter ICy moons Explorer είναι η πρώτη αποστολή μεγάλης κατηγορίας στο πρόγραμμα Cosmic Vision της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας (ESA) και θα φτάσει στον Δία το 2029, όταν θα ξεκινήσει μια τριετή αποστολή παρατηρώντας τον γίγαντα αερίων με έντονη λεπτομέρεια.
Για τον Cavalié, ο οποίος ασχολείται με τη μέτρηση των ανέμων του Δία από το 2009, το μέλλον είναι λαμπρό για τέτοιες έρευνες και τι μπορούν να μας πουν για τον μεγαλύτερο πλανήτη του ηλιακού συστήματος και τους γίγαντες αερίου γενικότερα. «Θέλουμε τώρα να χρησιμοποιήσουμε ξανά το ALMA για να χαρακτηρίσουμε τη χρονική μεταβλητότητα των ισημερινών ανέμων», λέει ο αστρονόμος. «Αναμένεται από τις μετρήσεις θερμοκρασίας και τα μοντέλα ότι η κατεύθυνση των ισημερινών ανέμων θα πρέπει να ταλαντώνεται από τα ανατολικά προς τα δυτικά με μια περίοδο περίπου 4 ετών.»
Ο επιστήμονας είναι επίσης σαφής, μόνο και μόνο επειδή αυτός και ο Οι συνάδελφοι πέτυχαν ένα πρώτο, αυτό δεν σημαίνει ότι είναι έτοιμοι να επαναπαυτούν στις δάφνες τους. Υπάρχουν πολλές συναρπαστικές εξελίξεις στο δρόμο, και επομένως πολλή δουλειά που πρέπει να γίνει.
«Θέλουμε επίσης να παρατηρήσουμε τους άνεμους του σέλας κατά τη διάρκεια ενός περάσματος Juno perijove για να συγκρίνουμε τα δεδομένα μας με τις παρατηρήσεις των πόλων από το διαστημόπλοιο για να κατανοήσουμε καλύτερα την προέλευσή τους και τι τους συντηρεί», εξηγεί. «Επιπλέον, αυτή η μελέτη είναι ένα σκαλοπάτι για μελλοντικές έρευνες που θα διεξαχθούν χρησιμοποιώντας την ίδια τεχνική με το JUICE και το Submillitre Wave Instrument του».
Εκτός από αυτές τις αποστολές, το Εξαιρετικά Μεγάλο Τηλεσκόπιο (ELT) του ESO –που πρόκειται να ξεκινήσει τις εργασίες του αργότερα αυτή τη δεκαετία– θα συμμετάσχει επίσης στις έρευνες του Δία και θα πρέπει να είναι σε θέση να παρέχει εξαιρετικά λεπτομερείς έρευνες της ατμόσφαιρας του γίγαντα αερίου.
