Przejdź do treści

Polecamy na prezent

Astronomowie amatorzy wykazali, że chmury Jowisza nie są tym, co myśleliśmy

Sekwencja poklatkowa przedstawiająca północną półkulę Jowisza.

Przełomowe badanie łączące wysiłki astronomów amatorów i profesjonalistów zmieniło nasze rozumienie chmur atmosferycznych Jowisza. Dotychczas uważano, że chmury te składają się z lodu amoniakowego, nowe odkrycia sugerują, że w rzeczywistości składają się z wodorosiarczku amonu i smogu.

Rewolucyjne odkrycia dotyczące składu atmosferycznego Jowisza

Astronomowie amatorzy i zawodowi połączyli siły, aby rozwiązać długotrwałą debatę na temat składu chmur Jowisza. Kiedyś uważano, że składają się one z lodu amoniakowego, obecnie uważa się, że składają się z wodorosiarczku amonu zmieszanego ze smogiem.

Odkrycie, opublikowane w czasopiśmie Journal of Geophysical Research – Planets, zostało zainicjowane przez astronoma amatora dr Stevena Hilla z Kolorado. Dr Hill niedawno wykazał, że poziom amoniaku i ciśnienie na szczytach chmur Jowisza można zmierzyć za pomocą dostępnych w sprzedaży teleskopów i specjalistycznych filtrów. Jego odkrycia ujawniły nie tylko, że amatorzy mogą mapować amoniak w atmosferze Jowisza, ale także, że obserwowane chmury znajdują się zbyt głęboko w ciepłej atmosferze planety, aby mogły składać się z lodu amoniakowego.

W nowym badaniu profesor Patrick Irwin z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Oksfordzkiego zastosował metodę analityczną dr. Stevena Hilla do obserwacji Jowisza wykonanych za pomocą instrumentu Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) na Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) Europejskiego Obserwatorium Południowego w Chile. MUSE wykorzystuje metodę spektroskopii, w której gazy Jowisza tworzą charakterystyczne wzory w świetle o różnych długościach fal, aby mapować amoniak i wysokości chmur w atmosferze gazowego olbrzyma.

Animacja komputerowa pokazująca lot nad chmurami Jowisza na wysokości 13 536,3 km nad szczytami chmur. Dane do jej opracowania zostały zebrane w świetle widzialnym przez instrument JunoCam sondy kosmicznej Juno NASA, podczas jej 43. bliskiego przelotu obok Jowisza. Jaśniejsze szczyty chmur odpowiadają ich wyższej wysokości, szczególnie gdy obserwuje się je w paśmie absorpcji metanu o długości 890 nanometrów. Naukowcy z Juno pracują nad kalibracją, która przekłada te krajobrazy jasności na modele fizycznych modeli elewacji szczytów chmur. Źródło: NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS / Gerald Eichstädt

Nowe spojrzenie na chmury Jowisza

Symulując interakcję światła z gazami i chmurami w modelu komputerowym, profesor Irwin i jego zespół odkryli, że najwyraźniej widoczne chmury Jowisza – te, które możemy zobaczyć, patrząc przez teleskopy na podwórku – muszą znajdować się znacznie głębiej, niż wcześniej sądzono, w regionie o wyższym ciśnieniu i wyższej temperaturze, zbyt ciepłym, aby mógł się w nim kondensować amoniak. Zamiast tego chmury te muszą składać się z czegoś innego, a mianowicie wodorosiarczku amonu.

Poprzednie analizy obserwacji MUSE sugerowały podobny wynik. Jednak ponieważ analizy te zostały przeprowadzone za pomocą wyrafinowanych, niezwykle złożonych metod, które mogą być użyte tylko przez kilka grup na całym świecie, wynik ten był trudny do potwierdzenia. W tej nowej pracy zespół Irwina odkrył, że metoda dr Hilla polegająca na prostym porównaniu jasności w sąsiadujących, wąskich kolorowych filtrach dała identyczne wyniki. A ponieważ ta nowa metoda jest znacznie szybsza i bardzo prosta, znacznie łatwiej ją zweryfikować. 

Amatorzy i przyszłe badania

„Jestem zdumiony, że tak prosta metoda jest w stanie zbadać tak głęboko atmosferę i tak wyraźnie wykazać, że najwyraźniej widoczne chmury nie mogą być czystym lodem amoniakowym! Te wyniki pokazują, że innowacyjny amator, używający nowoczesnego aparatu i specjalnych filtrów, może otworzyć nowe okno na atmosferę Jowisza i przyczynić się do zrozumienia natury tajemniczych chmur Jowisza i sposobu cyrkulacji atmosfery” – mówi profesor Irwin.

Dr Steven Hill, który ma doktorat z astrofizyki uzyskany na Uniwersytecie Kolorado i pracuje w prognozowaniu pogody kosmicznej, mówi:

„Lubię sprawdzać, jakie pomiary fizyczne mogę wykonać przy użyciu skromnego, komercyjnego sprzętu. Mam nadzieję, że znajdę nowe sposoby, aby amatorzy mogli wnieść użyteczny wkład do pracy zawodowej. Ale z pewnością nie spodziewałem się tak produktywnego wyniku, jak ten projekt!”

Mapy amoniaku uzyskane dzięki tej prostej technice analitycznej można wykonać przy ułamku kosztów obliczeniowych bardziej zaawansowanych metod. Oznacza to, że mogą być używane przez amatorów do śledzenia amoniaku i zmian ciśnienia na szczytach chmur w różnych cechach atmosfery Jowisza, w tym pasów Jowisza, małych burz i dużych wirów, takich jak Wielka Czerwona Plama.

Jowisz i Saturn

Wygląd Jowisza i Saturna w świetle widzialnym zrekonstruowany na podstawie obserwacji VLT/MUSE odpowiednio 23 marca 2020 r. i 6 kwietnia 2017 r. Lewa kolumna pokazuje zrekonstruowane kolory, gdy nie zastosowano korekcji gamma, podczas gdy prawa kolumna pokazuje wyglądy z korekcją gamma, które są bliższe temu, co przeciętny człowiek obserwuje gołym okiem przez teleskop. Źródło: DOI: 10.1029/2024JE008622

Jak powstają chmury na Jowiszu

Dlaczego więc amoniak nie skrapla się, tworząc gęstą chmurę? Fotochemia (reakcje chemiczne wywołane przez światło słoneczne) jest bardzo aktywna w atmosferze Jowisza, a profesor Irwin i jego współpracownicy sugerują, że w regionach, w których wilgotne, bogate w amoniak warstwy unoszą się w górę, amoniak ulega zniszczeniu i/lub miesza się z produktami fotochemicznymi szybciej, niż może utworzyć się lód amoniakowy. Tak więc główny pokład chmur może w rzeczywistości składać się z wodorosiarczku amonu zmieszanego z fotochemicznymi produktami tworzącymi smog, które mają czerwone i brązowe kolory widoczne na zdjęciach Jowisza.

W małych regionach, w których konwekcja jest szczególnie silna, prądy wstępujące mogą być wystarczająco szybkie, aby utworzyć świeży lód amoniakowy, a takie regiony były czasami widoczne przez statki kosmiczne, takie jak Galileo NASA, a ostatnio przez Juno NASA, gdzie widziano kilka małych, wysokich, białych chmur, rzucających swoje cienie na główny pokład chmur poniżej.

Profesor Irwin i jego zespół zastosowali tę metodę również do obserwacji Saturna za pomocą VLT/MUSE i odkryli podobną zgodność w uzyskanych mapach amoniaku z innymi badaniami, w tym jednym ustalonym na podstawie obserwacji za pomocą James Webb Space Telescope. Tu również odkryli, że główny poziom odbicia jest znacznie poniżej oczekiwanego poziomu kondensacji amoniaku, co sugeruje, że podobne procesy fotochemiczne zachodzą w atmosferze Saturna.

 

Więcej informacji: publikacja „Clouds and Ammonia in the Atmospheres of Jupiter and Saturn Determined From a Band-Depth Analysis of VLT/MUSE Observations” autorów Patrick G. J. Irwin i in., Journal of Geophysical Research: PlanetsDOI: 10.1029/2024JE008622

 

Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz

 

Na ilustracji: Sekwencja poklatkowa przedstawiająca północną półkulę Jowisza. Źródło: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt/Seán Doran

Reklama