Kad Jupiteris šiltesnis, nei turėtų būti, žinota jau seniai. Dabar užtikrintai išsiaiškinta, kas jį taip šildo. Leicesterio universiteto mokslininkai su kolegomis iš Japonijos kosmoso agentūros, Bostono universiteto, NASA Goddard kosminių skrydžių centru ir Nacionaliniu informacijos ir komunikacijų technologijų institutu darbavosi, siekdami įminti Jupiterio atmosferos kaitimo mechanizmą.
Kad Jupiteris šiltesnis, nei turėtų būti, žinota jau seniai. Dabar užtikrintai išsiaiškinta, kas jį taip šildo. „Nature“ publikuotas tyrimas atskleidė astronomus seniai kamavusią Jupiterio „energijos krizės“ paslaptį.
Jupiteris parodytas regimojoje šviesoje kaip kontekstas žemiau dailininko pavaizduotam Jupiterio viršutinės atmosferos infraraudonajam spinduliavimui. Šio aukštesniojo atmosferos sluoksnio ryškumas atitinka temperatūras nuo karštos link vėsio tokia tvarka: balta, geltona, skaisčiai raudona ir galiausiai, tamsiai raudona. Pašvaistės yra karščiausi regionai ir paveiksle parodyta, kaip karštį nuo pašvaisčių gali nunešti vėjas ir sušildyti visą planetą.
©J. O'Donoghue (JAXA)/Hubble/NASA/ESA/A. Simon/J. Schmidt
Leicesterio universiteto mokslininkai su kolegomis iš Japonijos kosmoso agentūros (JAXA), Bostono universiteto, NASA Goddard kosminių skrydžių centru ir Nacionaliniu informacijos ir komunikacijų technologijų institutu (NICT) darbavosi, siekdami įminti Jupiterio atmosferos kaitimo mechanizmą.
Naudodami Keck observatorijos Havajuose duomenis, astronomai sukūrė kol kas detaliausią Jupiterio viršutinių atmosferos sluoksnių vaizdalapį, taip pirmą kartą patvirtindami, kad galingos Jupiterio pašvaistės šildo visą planetą.
Dr. James O'Donoghue yra tyrėjas iš JAXA ir PhD laipsnį baigė Leicesteryje, ir yra pirmasis straipsnio autorius. Jis sakė:
„Iš pradžių bandėme sukurti globalų Jupiterio viršutinės atmosferos vaizdalapį Leicesterio universitete. Tačiau signalas nebuvo pakankamai ryškus, kad galėtume ką nors išvysti už Jupiterio ašigalių regionų, bet iš to darbo pasimokę, po kelių metų galėjome užsisakyti laiką viename iš didžiausių ir pažangiausių Žemės teleskopų.
Naudodami „Keck“ teleskopą, sudarėme itin detalius temperatūros vaizdalapius. Atradome, kad pašvaistėse temperatūra labai aukšta, kaip ir tikėjomės iš ankstesnio darbo, tačiau dabar galėjome stebėti, kad Jupiterio pašvaistė, nors ir užima mažiau nei 10 % planetos ploto, panašu, apšildo visą planetą.
Šis tyrimas buvo pradėtas Leicesteryje ir tęsiamas Bostono universitete ir NASA, o užbaigtas JAXA, Japonijoje. Bendras kiekvieno žemyno mokslininkų darbas, panaudojant apie Jupiterį skriejančio NASA „Juno“ zondo ir JAXA „Hisaki“ kosminės observatorijos duomenis, prisidėjo prie šio tyrimo sėkmės.“
Dr. Tom Stallard ir Dr. Henrik Melin abu yra iš Leicesterio universiteto Fizikos ir astronomijos mokyklos. Dr. Stallard pridūrė:
„Labai seniai kamavo mūsų sistemos dujinės milžinės retos ašigalių atmosferos mįslė. Kiekviena kosminė Jupiterio misija, o ir stebėjimų iš Žemės, pastarųjų 50 metų matavimai nuosekliai rodė, kad pusiaujo temperatūra yra pernelyg aukšta.
„Ši „energijos krizė“ nuolat kėlė klausimą – ar turimi modeliai neteisingai modeliuoja pašvaisčių šilumos srautus, o gal yra koks nors kitas nežinomas šilumos šaltinis prie pusiaujo?
„Mūsų straipsnyje aprašomas šio regiono sužymėjimas beprecedenčiu tikslumu, parodžiusiu, kad Jupiteryje pusiaujo kaitimas tiesiogiai susijęs su pašvaisčių kaitinimu.“
Pašvaistės randasi, kai elektringas daleles pagauna planetos magnetinis laukas. Jos skrieja spirale išilgai lauko linijų link magnetini ašigalių, pakeliui susidurdamos su atmosferos atomais ir molekulėmis, ir taip atiduodamos joms energiją ir skleisdamos šviesą.
Žemėje taip kyla šiaurės ir pietų pašvaisčių šviesos šou. Jupiteryje, iš Io vulkaninio palydovo svaidoma medžiaga sukelia galingiausias Saulės sistemos pašvaistes ir smarkiai kaitina poliarinius planetos regionus.
Nors Jupiterio pašvaistės jau seniai laikytos pagrindinėmis planetos atmosferos kaitinimo kandidatėmis, ligšioliniai stebėjimai užtikrintai negalėjo to nei patvirtinti, nei paneigti.
Ankstesni viršutinės atmosferos temperatūros vaizdalapiai buvo formuojami, panaudojant vos kelių pikselių dydžio atvaizdus. Tokios raiškos temperatūros pokyčiams planetos atmosferoje užfiksuoti nepakanka, tad ir užuominų apie papildomos šilumos šaltinius juose maža.
Tyrėjai sukūrė penkis skirtingos erdvinės raiškos atmosferos temperatūros vaizdalapius. Didžiausios raiškos vaizdalapiuose vidutiniai temperatūros rodmenys pateikiami dviejų ilgumos laipsnių „aukščio“ ir dviejų platumos laipsnių „pločio“ kvadratais.
Komanda įvertino daugiau nei 10 000 individualių duomenų taškų, vaizdalapin perkeldami tik mažesnio nei penkių procentų neužtikrintumo taškus.
Dujinių gigantų atmosferų modeliai rodo, kad jos veikia kaip gigantiški šaldytuvai, perkeliantys šilumą iš pusiaujo link ašigalių, ir ten nuleidžiantys ją į žemesnius atmosferos sluoksnius.
Naujieji atradimai demonstruoja, kad greitai besikeičiančios pašvaistės gali energijos bangas ginti prieš šią į ašigalius nukreiptą tėkmę, taip suteikdami karščiui galimybę pasiekti pusiaują.
Be to, stebėjimai parodė lokaliai kaistantį regioną po pašvaiste, ką galima interpretuoti kaip ribotą link pusiaujo sklindančio karščio bangą, patvirtinančią šilumos perkėlimo proceso kilmę.
Leicesterio universiteto planetiniai tyrimai apima Jupiterio sistemą, nuo planetos magnetosferos ir atmosferos, iki margos jo palydovų kolekcijos.
Tyrėjai iš Leicesterio yra „Juno“ misijos, sudarytos iš globalios planetą milžinę stebinčių astronomų komandos, nariai, ir vadovauja Jupiterio tyrimams būsimu „James Webb Space“ teleskopu. Be to, Leicesteris vaidina pagrindinį vaidmenį Europos kosmoso agentūros (ESA) rengiamos Jupiterio ledinių palydovų tyrėjo (JUICE) misijos, kuri turėtų būti paleista 2022 metais, moksliniame ir instrumentiniame aprūpinime.
University of Leicester / scitechdaily.com
Nuoroda: „Global upper-atmospheric heating on Jupiter by the polar aurorae“ by J. O'Donoghue, L. Moore, T. Bhakyapaibul, H. Melin, T. Stallard, J. E. P. Connerney and C. Tao, 4 August 2021, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-021-03706-w
