Astronomowie korzystający z sieci teleskopów Karl G. Jansky Very Large Array w Nowym Meksyku stworzyli najbardziej szczegółową dotąd radiową mapę atmosfery Jowisza, odkrywając przed nami niesamowity ruch gazowego amoniaku pod kolorowymi pasmami, plamami i obłokami widocznymi gołym okiem.
Badacze z University of California w Berkeley zmierzyli promieniowanie w zakresie radiowym pochodzące z atmosfery Jowisza, na długościach fali, na których obłoki są przezroczyste. Obserwatorzy byli w stanie zajrzeć nawet na głębokość 100 kilometrów pod szczyty chmur – to w dużej mierze niezbadany obszar powstawania obłoków.
Termiczna emisja radiowa planety jest częściowo pochłaniana przez gaz amoniakowy. W oparciu o ilość pochłaniania, naukowcy byli w stanie określić ilość obecnego amoniaku oraz jego położenie.
Badając te obszary atmosfery planety, astronomowie mają nadzieję dowiedzieć się więcej o globalnej cyrkulacji i procesach powstawania chmur napędzanych przez silne wewnętrzne ogrzewanie Jowisza. Tego typu badania rzucą nowe światło na podobne procesy zachodzące na pozostałych gazowych olbrzymach w naszym układzie planetarnym oraz na innych dopiero odkrywanych gazowych egzoplanetach krążących wokół gwiazd innych niż Słońce.
„Zasadniczo stworzyliśmy trójwymiarowy zapis gazu amoniakowego w atmosferze Jowisza, który odkrywa przed nami pionowe ruchy w jego burzliwej atmosferze,” mówi główny autor opracowania Imke de Pater, profesor astronomii na UC Berkeley.
Mapa jest niezwykle podobna do zdjęć wykonywanych pasmie widzialnym przez amatorów astronomii i Kosmiczny Teleskop Hubble’a.
Mapa radiowa przedstawia gazy bogate w amoniak unoszące się i tworzące górne warstwy obłoków: obłok wodorosiarczku amonu o temperaturze ok. 200K oraz obłok lodu amoniakowego w otoczeniu o temperaturze 160K. Oba obłoki można z łatwością dostrzec z Ziemi za pomocą teleskopów optycznych.
Przeciwnie, mapy radiowe przedstawiają powietrze ubogie w amoniak zapadające się do wnętrza planety.
Mapa przedstawia także gorące plamy – zwane tak ponieważ są jasne na zdjęciach zarówno w zakresie radiowym jak i termicznym – to obszary ubogie w amoniak, które obejmują planetę niczym pas nieznacznie powyżej równika. Pomiędzy tymi gorącymi plamami znajdują się bogate w amoniak wybrzuszenia, które wynoszą na powierzchnię amoniak z głębszych warstw planety.
„Dzięki danym radiowym możemy wejrzeć wgłąb obłoków i dostrzec, że owe gorące plamy są porozdzielane gejzerami amoniaku unoszonego z głębszych warstw atmosfery,” mówi Michael Wong badacz z UC Berkeley.
Ostateczne mapy charakteryzują ię najlepszą dotąd rozdzielczością mapy radiowej: 1300 kilometrów.
De Pater, Wong i ich współpracownicy opiszą swoje odkrycia i bardzo szczegółowe mapy 3 czerwca 2016 w czasopiśmie Science.
Rozgrzewka przed Juno
Wyniki obserwacji zostały opublikowane zaledwie na miesiąc przed 4 lipca 2016 roku, kiedy to sonda Juno dotrze do Jowisza gdzie planuje, zmierzyć ilość wody w niższych warstwach atmosfery Jowisza, tam gdzie VLA szukało amoniaku.
„Mapy takie jak nasza mogą pomóc w tworzeniu szerszego obrazu tego co się dzieje w atmosferze Jowisza,” mówi de Pater, zauważając, że jej zespół będzie obserwował Jowisza za pomocą VLA dokładnie wtedy, gdy Juno będzie poszukiwał wody.
Kluczem do wykonania nowych obserwacji była modernizacja VLA, która poprawiła czułość sieci o czynnik 10, mówi Bryan Butler, współautor i astronom w National Radio Astronomy Observatory w Soccoro w Nowym Meksyku.
Zespół prowadził obserwacje w całym zakresie częstotliwości między 4 a 18 GHz (1.7-7 cm długości fali), dzięki czemu udało się stworzyć dokładny model atmosfery, mówi David DeBoer astronom w UC Berkeley.
„Wyraźnie widzimy teraz delikatną strukturę w pasmie 12-18 GHz, niemal tak dokładnie jak w pasmie widzialnym, szczególnie w pobliżu Wielkiej Czerwonej Plamy,” mówi Wong.
Obserwacje pozwoliły zauważyć ciekawą rozbieżność między stężeniem amoniaku wykrytym przez sondę Galileo gdy wpadła w atmosferę Jowisza w 1995 roku – 4.5 razy większy od stężenia w Słońcu – a pomiarami VLA sprzed 2004 roku, które wskazywały dużo mniej gazu amoniakowego.
Źródło: University of California