JWST ontdekt intense straalstroom in de atmosfeer van Jupiter
NASA's James Webb Space Telescope heeft een snel bewegende straalstroom in de atmosfeer van Jupiter ontdekt die twee keer zo snel waait als de zichtbare wolkenlagen eronder, waardoor windscheren ontstaan die alles wat op aarde te zien is ver overtreffen.
De snelle straalstroom, die reist met 515 kilometer per uur en meer dan 4.800 kilometer breed is, zit boven de evenaar van Jupiter, 25 tot 50 kilometer boven het hoofdwolkendek dat bekend is van optische foto's.
Op basis van waarnemingen door NASA's Hubble Space Telescope waaien winden in de zichtbare wolkenlaag met ongeveer 250 km/u. Dit betekent dat voor elke kilometer boven deze zichtbare wolken de windsnelheid met 7 tot 10 kilometer per uur toeneemt, volgens Ricardo Hueso, hoofdauteur van een artikel dat de bevindingen beschrijft die zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Astronomy.
"Dit is iets dat ons totaal verraste," zei Hueso van de Universiteit van Baskenland in Bilbao, Spanje. "Wat we altijd hebben gezien als wazige nevels in de atmosfeer van Jupiter, verschijnen nu als scherpe kenmerken die we samen met de snelle rotatie van de planeet kunnen volgen en die veel sneller kunnen bewegen dan de typische snelheden in de evenaar van Jupiter op wolkenniveau."
De ontdekking van deze straalstroom geeft inzicht in hoe de lagen van de beroemde turbulente atmosfeer van Jupiter met elkaar interageren en hoe de Webb-telescoop op unieke wijze in staat is om die kenmerken te volgen.
De nieuwe beelden van Jupiter werden in juli 2022 vastgelegd door Webb's NIRCam (Near-Infrared Camera) als onderdeel van het Early Release Science (ERS) -programma
De ERS-waarnemingen van het Jupiter-systeem worden gezamenlijk geleid door Imke de Pater, professor emerita van de astronomie aan de Universiteit van Californië, Berkeley, en Thierry Fouchet van het Observatorium van Parijs.
"Hoewel verschillende telescopen op de grond, ruimtevaartuigen zoals NASA's Juno en Cassini, én NASA's Hubble Space Telescope de veranderende weerpatronen van het Jupitersysteem hebben waargenomen, heeft Webb al nieuwe bevindingen verstrekt over de ringen, satellieten en de atmosfeer van Jupiter," zei de Pater.
NIRCam verkreeg beelden van Jupiter met een tussenpauze van 10 uur - één Jupiter-dag - in vier verschillende filters, elk uniek in staat om veranderingen in kleine kenmerken op verschillende hoogten van de atmosfeer van Jupiter te detecteren. De windsnelheid werd berekend door de beweging van kleine kenmerken te volgen, zoals wolken - hoogstwaarschijnlijk ammoniakijs gemengd met fotochemische neveldeeltjes die typerend zijn voor de atmosfeer van Jupiter.
"We wisten dat de verschillende golflengten van Webb en Hubble de driedimensionale structuur van stormwolken zouden onthullen, maar we waren ook in staat om de timing van de gegevens te gebruiken om te zien hoe snel stormen zich ontwikkelen," zei UC Berkeley co-auteur Michael Wong, co-onderzoeker voor het Jovian-systeem ERS-programma.
De snelle straalstroom kan een diepe tegenhanger zijn van een complex fenomeen dat al tientallen jaren wordt waargenomen op Jupiter, Saturnus en de aarde: regelmatige schommelingen van temperaturen en winden die optreden in de stratosfeer, hoog boven de atmosferen van deze planeten. Op Jupiter hebben deze equatoriale thermische oscillaties tussen 30 en 150 kilometer boven de zichtbare wolkenlaag een periodiciteit van vier tot zes jaar.
"Jupiter heeft een gecompliceerd maar herhaalbaar patroon van winden en temperaturen in zijn equatoriale stratosfeer, hoog boven de winden in de wolken en nevels gemeten op deze golflengten," zei teamlid Leigh Fletcher van de Universiteit van Leicester in het Verenigd Koninkrijk.
"Als de sterkte van deze nieuwe jet verbonden is met dit oscillerende stratosferische patroon, kunnen we verwachten dat de jet de komende twee tot vier jaar aanzienlijk zal variëren. Het wordt heel spannend om deze theorie de komende jaren te testen."
Hueso merkte op dat jets een van de belangrijkste kenmerken zijn van de atmosferen van zowel Jupiter als Saturnus. Ze zijn zo perfect uitgelijnd met de breedtegraad dat ze zonale jets worden genoemd. Deze zonale uitlijningen zijn een gevolg van de snelle rotatie van de planeten (zowel Jupiter als Saturnus hebben een rotatieperiode van ongeveer 10 uur), wat resulteert in een balans tussen Corioliskrachten en latitudinale drukgradiënten.
In Jupiter en Saturnus zijn de jets meestal stabiel in de tijd, met slechts kleine veranderingen op wolkenniveau waargenomen gedurende jaren en decennia.
"Voor mij is het opwindende dat niemand deze smalle, snelle jet vóór JWST verwachtte," zei Wong. "We wisten dat er een smalle jet als deze op Saturnus was, dus om een vergelijkbaar kenmerk op Jupiter te ontdekken, maakt nieuwe vergelijkende studies van de twee reuzenplaneten mogelijk, zelfs als de Jupiter-jet een ander formatiemechanisme blijkt te hebben."
Astronomen, waaronder de Pater en Wong, hebben Jupiter lang waargenomen in microgolf-, infrarood-, zichtbare en ultraviolette golflengten met behulp van telescopen op de grond en in de ruimte om de lagere, diepere lagen van de atmosfeer van de planeet te bestuderen, waar gigantische stormen en ammoniakijswolken zich bevinden.
Webb's instrumenten kijken verder in het nabij-infrarood dan voorheen en zijn gevoelig voor de lagen van de atmosfeer op grotere hoogte, ongeveer 25 tot 50 kilometer boven de wolkentoppen van Jupiter.
Dus terwijl in eerdere nabij-infraroodbeelden deze nevels op grote hoogte er meestal wazig uitzagen, met verbeterde helderheid over het equatoriale gebied, kan Webb fijnere details binnen de heldere wazige banden oplossen.
