Do niedawna myślano, że papkowate kule spadają tylko na Jowiszu. Możliwe jednak, że pojawiają się w atmosferach wszystkich olbrzymich planet Układu Słonecznego – i nie tylko.
Lodowate, bogate w amoniak, papkowate kulki mogą zanurzać się bardzo głęboko pod chmury obecne w atmosferze Jowisza. Planetolog Tristan Guillot uważa, że może to dobrze wyjaśniać zaskakująco niskie poziomy zawartości amoniaku, jakie obserwuje się również na Uranie i Neptunie. Czy pomoże to w zrozumieniu głębokich, bogatych w wodór atmosfer olbrzymich egzoplanet?
Astronomowie już wcześniej zaobserwowali nierównomierny rozkład amoniaku na Jowiszu. Natomiast kluczowe dowody na istnienie tam opadów w postaci papkowatych kulek pochodzą z dokładnych zbliżeń na gwałtowne burze pojawiające się na tej planecie, sfotografowane przez sondę Juno. Ujawniła ona między innymi słabe wyładowania atmosferyczne w obszarach, w których temperatura spada poniżej -66ºC. Wiemy jednak, że zjawisko błyskawic wymaga obecności cieczy w atmosferze, a woda w tak niskich temperaturach jest zawsze ciałem stałym. Wynik ten początkowo bardzo zdziwił więc astronomów.
Szybko pojawił się jednak inny pomysł – przecież woda może być zmieszana z jakąś cieczą niezamarzającą w tych konkretnych temperaturach. W zeszłym roku Guillot i jego współpracownicy wysunęli przypuszczenie, że połączenie amoniaku i wody może dać w rezultacie płyn na tyle gęsty, że umożliwi powstawanie wyładowań elektrycznych. Amoniak to zdaniem naukowca najlepszy płyn niezamarzający, jaki można uzyskać. Zmieszanie jednej części amoniaku z dwiema częściami wody pozwala utrzymać płynność takiego roztworu nawet w temperaturze -100ºC. A atmosfera Jowisza zawiera wystarczającą ilość amoniaku, aby samoistnie wytworzyć tą mieszaninę, a przy okazji i podobne do bardzo dużego gradu, lepkie kule.
Na ilustracji: Lód wodny krystalizuje wysoko w atmosferze Jowisza, ale w drodze w dół staje się już tylko zamarzniętym błotem, ponieważ zawiera domieszkę amoniaku. Źródło: NASA / JPLCaltech / SwRI / CNRS
Z powyższego schematu wynika, że formowanie się papkowatego opadu zachodzi, gdy lód wodny krystalizuje się wysoko w atmosferze Jowisza, po czym zaczyna powoli przemieszczać się w dół. W niższych warstwach atmosfery amoniak miesza się już z lodem wodnym. Jego obecność skutecznie topi zamarzniętą wodę. Podczas silnych burz tworzą się tam prawdopodobnie duże ilości wody zmieszanej z amoniakiem, po czym podobne do gradu kule zapadają się coraz głębiej w atmosferę. Nim w niej ostatecznie wyparują, mogą osiągać masy dochodzące do kilograma, a nawet większe. W ten sposób jowiszowe burze ściągają amoniak z górnych warstw atmosfery w jej głębiny, podczas gdy w dość spokojnych obszarach równikowych planety, gdzie burz jest mniej, amoniak może być wyraźnie bardziej obfity.
Niedawne obserwacje w podczerwieni i na falach radiowych wykazały, że amoniak jest stosunkowo rzadki na Uranie i Neptunie – w porównaniu z innymi małymi cząsteczkami, które zdaniem naukowców były obecne we wczesnym Układzie Słonecznym, jeszcze podczas formowania się tych planet. Na ostatnim Kongresie Naukowym Europlanet Guillot zauważył, że papkowate kule mogą wyjaśniać również to zjawisko, bo wciągałyby amoniak głębiej w gazowe atmosfery lodowych olbrzymów, sprawiając, że wydaje się on rzadszy „na zewnątrz”, czyli tam, gdzie możemy go obserwować.
Niższe temperatury panujące w atmosferach Urana i Neptuna sprzyjają działaniu amoniaku. Guillot wykazał, że na tych dwóch lodowych olbrzymach i dodatkowo na Saturnie podobne opady mogą występować w szerszym zakresie warunków niż na Jowiszu. Natomiast to, co wyraźnie odróżnia Urana i Neptuna, to częstotliwość i siła burz. Bardziej obfite burze mogą sprowadzać głębiej większe ilości amoniaku. Przy czym obfitość amoniaku na Saturnie zmienia się – podobnie jak na Jowiszu – wraz z szerokością geograficzną.
Dave Stevenson, który wraz z Guillotem badał wcześniej Jowisza, ale nie prowadził z nim już badań nad Uranem i Neptunem, jest jednak ostrożny. Uważa, że nie mamy obecnie żadnej alternatywy dla wyjaśnienia opartego o opady amoniakalnej papki, jeśli chcemy jakoś wytłumaczyć zagadkowe, nierówne rozmieszczenie amoniaku na Jowiszu. Jednak jego zdaniem w przypadku Urana i Neptuna zebrane dotąd dane dopuszczają też wyjaśnienia alternatywne. Prawdopodobnie dopiero nowa, dedykowana misja sondy kosmicznej w okolice lodowych olbrzymów pomoże to rozstrzygnąć…
Czytaj więcej:
Źródło: skyandtelescope.org
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Na zdjęciu: Zdjęcia z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a: Uran i jego pierścienie sfotografowane w roku 2005 (po lewej) oraz Uran rok później, z pełną pasów atmosferą i tajemniczą ciemną burzą. Źródło: NASA, ESA, and M. Showalter (SETI Institute); Right: NASA, ESA, L. Sromovsky
