Jowisz, znajdujący się ponad 5 razy dalej od Słońca niż Ziemia, nie powinien być rozgrzaną planetą. Gdyby tylko promieniowanie cieplne zmieniało temperaturę jego zewnętrznej atmosfery, byłoby tam zaledwie -73 stopni Celsjusza. Pomiary wskazują jednak co innego: aż  426 stopni Celsjusza powyżej zera. Przez 50 lat astronomowie bezskutecznie poszukiwali przyczyny tego zjawiska, które zaczęli nazywać „kryzysem energetycznym”.

Obserwacje poczynione przez sondę Juno (NASA), satelitę Hisaki (JAXA) oraz Obserwatorium Kecka zostały niedawno przeanalizowane przez międzynarodowy zespół naukowców. Ich celem miało być znalezienie prawdopodobnego źródła „kryzysu”.

„Zauważyliśmy, że to potężne zorze na Jowiszu, najsilniejsze w całym Układzie Słonecznym, są odpowiedzialne za tak wysokie temperatury”, powiedział James O’Donoghue, członek JAXA, główny autor artykułu naukowego na ten temat, opublikowanego w magazynie Nature 4 sierpnia.

Hipoteza, że to właśnie zorze są odpowiedzialne za „kryzys” Jowisza, była już wcześniej stawiana przez naukowców, lecz dopiero teraz została potwierdzona.

Zorze to zjawiska powstające na skutek przechwycenia naładowanych elektrycznie cząstek przez magnetosferę planety. Krążą one potem po niewidocznych liniach pola magnetycznego wokół biegunów, zderzając się z atomami oraz molekułami i wypromieniowując światło. Na Ziemi możemy je zaobserwować w postaci pięknych zórz polarnych. Na Jowiszu pyły wyrzucane przez wulkaniczny księżyc Io tworzą najsilniejsze w całym Układzie Słonecznym zorze. Skutkują one olbrzymią ilością wyemitowanej energii, która podwyższa temperaturę atmosfery przy biegunach gazowego olbrzyma.

Linie pola magnetycznego Jowisza (na niebiesko) oraz hipotetyczny sposób rozprzestrzeniania się ciepła od zórz do równika.

Stare modele wyższych warstw atmosfery Jowisza przewidywały, że ogrzane zorzami wiatry lecące w kierunku równika powinny zostać zniesione przez wiatry równikowe, spowodowane przez obrót planety. W teorii miałoby to powodować, że energia zórz nie byłaby w stanie rozgrzać całej atmosfery.

Keck II obserwował Jowisza dwukrotnie po 5 godzin — w kwietniu 2016 roku i styczniu 2017 roku. Śledził ruch rozgrzanych, naelektryzowanych jonów wodoru w atmosferze Jowisza. Zgromadzone dane, połączone z tymi o polu magnetycznym Jowisza zebranymi przez Juno i Hisaki, pozwoliły naukowcom zobaczyć, jak ciepło jest wysyłane od biegunów do równika.

Wcześniejsze mapy temperatury wyższych warstw atmosfery Jowisza tworzone były na podstawie zaledwie kilku pikseli. Dane te nie były wystarczające nawet do zaobserwowania przemieszczenia dodatkowego ciepła po planecie, o jego tajemniczym źródle nie wspominając. Dlatego przez lata tworzono nową mapę temperatur Jowisza, zawierającą ponad 10 000 pojedynczych punktów pomiaru.

Naukowcy zauważyli, że ciepło generowane przez zorze przemieszcza się po całym Jowiszu, wbrew poprzednim hipotezom. „Odkryliśmy także dziwny, ogrzany obszar znajdujący się daleko od zórz – długą linię ciepła, inną od wszystkiego, co kiedykolwiek zaobserwowaliśmy”, powiedział Tom Stallard, współautor artykułu z University of Leicester. „Nie wiemy, czym jest to zjawisko, lecz jestem przekonany, że to fala ciepła przesuwająca się od zórz do równika”.

Fale cieplne przenoszące się od zórz do równika. Im jaśniejszy kolor, tym wyższa temperatura. Najgorętsze są zorze, a czerwone pasy to przedstawienie, jak ciepło porusza się po atmosferze.

Dodatkowo, dane z Hisaki wskazały wysokie prawdopodobieństwo powstania potężnej zorzy polarnej na Jowiszu w trakcie badań Keck II. Satelita monitorował magnetosferę Jowisza od 2013 roku. Te długotrwałe obserwacje ukazały silny wpływ wiatru słonecznego (wysoko energetycznych cząsteczek emitowanych przez Słońce) na pole magnetyczne gazowego olbrzyma. Ten wiatr ma własne pole magnetyczne, które zakrzywia linie pola Jowisza. W trakcie obserwacji Keck II Hisaki wykrył duże zmiany wywołane wiatrem słonecznym, co mogło spowodować potężniejszą niż zwykle zorzę.

Przekaz z krążącej wokół Jowisza Juno pozwolił natomiast na określenie dokładnej lokalizacji zorzy. „Dane o polu magnetycznym przekazane przez Juno pomogły nam określić, gdzie zorza powstała: ta informacja nie jest łatwa do odczytania z samych map ciepła, ponieważ rozchodzi się ono w wielu kierunkach”, powiedział O’Donoghue. „Możemy to sobie wyobrazić jak plażę: atmosfera jest wodą, mapowana przez Juno magnetosfera to brzeg, a zorza to ocean. Zauważyliśmy, że woda z oceanu zalała brzeg, a Juno wskazała nam, gdzie on był przez przypływem, żebyśmy łatwiej mogli zbadać jego wielkość”.

„To, że daliśmy radę zaobserwować tak potężną zorzę, było wielkim szczęściem”, dodał O’Donoghue. „Gdybyśmy obserwowali Jowisza w inną noc, kiedy wiatr słoneczny nie był tak silny, przeoczylibyśmy ją!”

Autor

Małgorzata Jędruszek