A Jupiter légköri jellemzői Naprendszerünk óriásbolygói közül a legszembetűnőbbek. A bolygó Nagy Vörös Foltja, amely elég nagy ahhoz, hogy akár a Földet is eltakarja, majdnem olyan jól ismert az emberek számára, mint saját bolygónk számos folyója és hegye.

Azonban a Földhöz hasonlóan a Jupiter is folyamatosan változik, és még sok mindent meg kell tanulnunk róla. A James Webb-űrteleszkóp a Naprendszer legnagyobb bolygójának most új tulajdonságait fedte fel, többek között a bolygó egyenlítője felett átszáguldó nagy sebességű gázsugarakat. Noha ezek az áramlások nem olyan látványosak vagy lenyűgözőek, mint a Jupiter más tulajdonságai, hihetetlen betekintést enged a kutatóknak abba, hogy a bolygó légkörének rétegei hogyan hatnak egymásra, és hogyan segít a Webb a jövőben ezekben a vizsgálatokban.

A Webb-űrteleszkóp egy eddig soha nem látott sajátságot fedezett fel a Jupiter légkörében. A több mint 4800 km szélességű, nagy sebességű gázsugár a Jupiter egyenlítője fölött áramlik, a fő felhőréteg felett. Ezeknek a gázsugaraknak a felfedezése betekintést enged abba, hogy a Jupiter híresen turbulens légkörének rétegei hogyan hatnak egymásra, és a Webb milyen egyedülálló módon képes követni ezeket a jellemzőket.

A NASA James Webb űrteleszkópjának NIRCam (Near-Infrared Camera) képe a Jupiterről és annak lenyűgöző részleteiről infravörös tartományban. A képen a fényerő nagy magasságot jelez. A számos fényes fehér “folt” és “csík” nagy valószínűséggel nagy magasságban kondenzált konvektív viharok csúcsai. A képen vörös színnel megjelenő aurórák nagy magasságokig nyúlnak a bolygó északi és déli pólusa felett. Ezzel szemben az egyenlítői régiótól északra lévő sötét sávon kevés a felhőtakaró.

„Teljesen meglepett minket” – mondta Ricardo Hueso, a spanyolországi Baszk Egyetem munkatársa, az eredményeket ismertető tanulmány vezető szerzője. „Amit mindig is homályos ködként láttunk a Jupiter légkörében, most olyan éles vonásokként jelentek meg, amelyeket nyomon követhettünk a bolygó gyors forgásával együtt.”

A kutatócsoport Webb NIRCam (Near-Infrared Camera) 2022 júliusában rögzített adatait elemezte. Az Imke de Pater (University of California, Berkeley) és Thierry Fouchet (Párizsi Obszervatórium) által közösen vezetett program célja az volt, hogy képeket készítsen a Jupiterről 10 órás különbséggel, vagyis a Jupiter egy napjának megfelelő eltéréssel négy különböző szűrőn keresztül, amelyek mindegyike egyedileg képes a Jupiter légkörének különböző magasságaiban lévő apró változások kimutatására.

A Webb a 2,12 mikronos hullámhosszon, a Jupiter felhőcsúcsai felett kb. 20-35 km-es magasságokban végzett megfigyelései segítségével a kutatók számos szélnyírást észleltek, azaz olyan területeket, ahol a szél sebessége a magassággal vagy a távolsággal változik, ami lehetővé tette számukra, hogy nyomon kövessék a gázsugarakat.

„Különféle földi távcsövek és űrszondák, mint a NASA Juno és Cassini szondája, valamint a NASA Hubble-űrteleszkópja is megfigyelték a Jupiter rendszerének változó időjárási mintázatait, és a Webb is szolgált már új eredményekkel a Jupiter gyűrűiről, holdjairól és légköréről” – jegyezte meg de Pater.

Míg a Jupiter sok tekintetben különbözik a Földtől, a Jupiter gázóriás, a Föld pedig egy sziklás, mérsékelt égövi világ, mindkét bolygót réteges légkör burkolja. Az egyéb küldetések által megfigyelt infravörös, látható, rádió- és ultraibolya fény hullámhosszai a bolygó légkörének alsó, mélyebb rétegeit is képesek észlelni, ahol óriási viharok dúlnak, és ammóniajég-felhők találhatók.

A Webb azonban a közeli infravörös tartományban messzebbre tekint, és érzékeny műszere a légkör magasabban fekvő rétegeit, kb. 25-50 km-rel a Jupiter felhőcsúcsai feletti részeket figyelte meg. A közeli infravörös képalkotás során a nagy magasságban lévő ködök általában elmosódottnak tűnnek, és az egyenlítői régióban fokozott fényerő tovább rontja a láthatóságot. A Webb segítségével azonban a világos ködös sáv finomabb részletei is felbonthatóak.

Az újonnan felfedezett gázáramlás kb. 515 km/óra sebességgel halad, kétszer olyan gyorsan, mint egy 5-ös erősségű hurrikán itt a Földön. Körülbelül 40 km-rel a felhők felett található a Jupiter alsó sztratoszférájában.

A NASA James Webb űrteleszkópját használó csillagászok nagy sebességű gázáramlást fedeztek fel a Jupiter egyenlítőjénél a fő felhőtakaró felett. A gázsugarak 515 km/óra sebességgel haladnak, és a sztratoszféra alsó részén találhatóak.

A Webb által nagy magasságban megfigyelt szelek és a Hubble által a mélyebb rétegekben megfigyelt szelek összehasonlításával a csapat meg tudta mérni, hogy a szelek milyen gyorsan változnak a magassággal, és szélnyírást okoznak.

Míg a Webb kiváló felbontása és hullámhossz-lefedettsége lehetővé tette a gázsugár nyomon követésére használt kis felhőelemek észlelését, a Hubble űrtávcsővel egy nappal a Webb-megfigyelések után végzett kiegészítő megfigyelések szintén kulcsfontosságúak voltak a Jupiter egyenlítője feletti légkör alapállapotának meghatározásában, valamint a Jupiter egyenlítőjén kialakuló, a gázsugarakhoz nem kötödő konvektív viharok megfigyelésében.

„Tudtuk, hogy a Webb és a Hubble különböző hullámhosszai felfedik a viharfelhők háromdimenziós szerkezetét, de az adatok időzítését is felhasználhattuk annak megfigyelésére, milyen gyorsan fejlődnek ki a viharok” – tette hozzá Michael Wong (University of California, Berkeley), a kutatócsoport tagja, aki a kapcsolódó Hubble-megfigyeléseket vezette.

A kutatók várakozással tekintenek a Jupiter további megfigyelésére a Webb segítségével, hogy megállapítsák, változik-e a gázsugár sebessége és magassága az idő múlásával.

„A Jupiter egyenlítői sztratoszférája bonyolult, de ismétlődő szél- és hőmérséklet-mintázata van, magasan a felhők szélei és az ezeken a hullámhosszakon mért ködök felett” – magyarázta Leigh Fletcher (University of Leicester, Egyesült Királyság), a kutatócsoport tagja. „Ha ennek az új gázsugárnak az erőssége összefügg a sztratoszféra oszcillációs mintázatával, akkor arra számíthatunk, hogy a gázsugár jelentősen változni fog a következő 2-4 évben. Nagyon izgalmas lesz tesztelni ezt az elméletet a közeljövőben.”

„Számomra elképesztő, hogy a Jupiter felhőinek és szeleinek számos obszervatóriumból való követése után még mindig van mit tanulnunk a Jupiterről, és az olyan jellemzők, mint ez a gázsugár rejtve maradhattak a szemünk elől, amíg ezek az új NIRCam-képek 2022-ben el nem készültek” – folytatta Fletcher.

A kutatócsoport az eredményeit a Nature Astronomy folyóiratban közölte.

Forrás: Webb Space Telescope