Zdjęcie w tle: ESO

Przy pomocy Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), której partnerem jest Europejskie Obserwatorium Południowe, zespół astronomów po raz pierwszy zmierzył w sposób bezpośredni wiatry w środkowej atmosferze Jowisza. Analizując następstwa kolizji z kometą z lat 90., naukowcy odkryli niezwykle silne wiatry, o prędkościach do 1450 km/h, w pobliżu biegunów Jowisza. Mogą one reprezentować coś, co grupa badawcza opisała jako „unikalną meteorologiczną bestię w naszym Układzie Słonecznym”.

Jowisz słynie z charakterystycznych czerwonych i białych pasm: wirujących chmur poruszającego się gazu, których astronomowie tradycyjnie używają do śledzenia wiatrów w niższych warstwach atmosfery planety. W pobliżu biegunów astronomowie widzieli również dynamiczne poświaty zwane zorzami, które wydają się być związane z silnymi wiatrami w górnej warstwie atmosfery Jowisza. Ale do tej pory badacze nie byli w stanie bezpośrednio mierzyć przebiegu wiatrów pomiędzy tymi dwoma warstwami atmosferycznymi – w stratosferze.

Mierzenie prędkości wiatru w stratosferze Jowisza przy pomocy techniki śledzenia chmur jest niemożliwe z powodu braku obłoków w tej części atmosfery. Jednak astronomowie otrzymali pomoc w formie alternatywnej metody pomiarowej: od komety Shoemaker–Levy 9, która w spektakularny sposób zderzyła się z gazowym olbrzymem w 1994 roku. To uderzenie wytworzyło nowe cząsteczki w stratosferze Jowisza, gdzie od tamtej pory poruszają się wraz z wiatrami.

ESO

Kometa Shoemaker–Levy 9 uderzająca w Jowisza w 1994 roku.

Zespół astronomów, którym kieruje Thibault Cavalié z Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux we Francji, prześledził jedną z tych cząsteczek – cyjanowodór – aby bezpośrednio zmierzyć stratosferyczne „dżety” na Jowiszu. Naukowcy używają tutaj słowa „dżety” w odniesieniu do wąskich pasm wiatru w atmosferze, podobnie jak strumienie (dżety) na Ziemi.

„Najbardziej spektakularnym rezultatem jest istnienie silnych dżetów o prędkościach do 400 metrów na sekundę, które są zlokalizowane poniżej zórz polarnych, blisko biegunów”
– mówi Thibault Cavalié.

Prędkości tych wiatrów, odpowiadające około 1450 km/h, ponad dwukrotnie przekraczają maksymalne prędkości osiągane w jowiszowej Wielkiej Czerwonej Plamie oraz ponad trzykrotnie prędkości wiatrów mierzone w najsilniejszych tornadach na Ziemi.

„Nasza detekcja wskazuje, że strumienie te mogą zachować się jak gigantyczny wir o średnicy do czterech razy większej niż Ziemia i wysokości około 900 kilometrów”
– wyjaśnia współautor Bilal Benmahi, również z Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux.

„Wir tej wielkości byłby unikalną meteorologiczną bestią w naszym Układzie Słonecznym”
– dodaje Cavalié.

Astronomowie byli świadomi istnienia silnych wiatrów w pobliżu biegunów Jowisza, ale znacznie wyżej w atmosferze, setki kilometrów ponad obszarem analizowanym w nowych badaniach, których wyniki zostały właśnie opublikowane w Astronomy & Astrophysics. Poprzednie badania przewidywały, że wiatry w górnej atmosferze spowalniają prędkość i zanikają na długo przed osiągnięciem stratosfery. „Nowe dane z ALMA pokazują nam coś przeciwnego” mówi Cavalié, dodając, że znalezienie silnych wiatrów stratosferycznych w pobliżu biegunów Jowisza było „prawdziwą niespodzianką”.

Zespół użył 42 z 66 precyzyjnych anten ALMA, rozmieszczonych na pustyni Atakama w północnym Chile. Przeanalizowano molekuły cyjanowodoru poruszające się w stratosferze Jowisza od momentu uderzenia Shoemaker–Levy 9. Dane z ALMA pozwoliły na zmierzenie przesunięcia dopplerowskiego – niewielkich zmian w częstotliwości promieniowania emitowanego przez molekuły – spowodowanego przez wiatry w tym regionie planety. „Mierząc to przesunięcie, byliśmy w stanie wydedukować prędkość wiatrów, podobnie jak ktoś mógłby ustalić prędkość przejeżdżającego pociągu na podstawie zmiany częstotliwości jego gwizdu” wyjaśnia współautor badań Vincent Hue, planetolog w Southwest Research Institute w USA.

Poza zaskakującymi wiatrami polarnymi zespół użył także ALMA do potwierdzenia istnienia silnych wiatrów stratosferycznych wokół równika planety, bezpośrednio mierząc ich prędkość (także po raz pierwszy). Strumienie dostrzeżone w tej części planety mają średnie prędkości około 600 km/h.

Obserwacja ALMA, potrzebne do śledzenie wiatrów stratosferycznych na obu biegunach i równiku Jowisza, zajęły mniej niż 30 minut czasu teleskopu. „Duży poziom szczegółów, który osiągnęliśmy w tak krótkim czasie, demonstruje moc obserwatorium ALMA” mówi Thomas Greathouse, naukowiec z Southwest Research Institute w USA, współautor badań. „Dla mnie to zdumiewające zobaczyć pierwsze bezpośrednie pomiary tych wiatrów”.