Vědci poprvé přímo změřili rychlost proudění ve stratosféře planety Jupiter

ESO 004/21 tisková zpráva

Pomocí radioteleskopu ALMA, jehož evropským partnerem je ESO, se týmu astronomů podařilo poprvé přímo změřit rychlost větru ve středních vrstvách atmosféry planety Jupiter. Na základě studia chemických pozůstatků po dopadu komety do atmosféry planety na začátku 90. let 20. století vědci zjistili, že se v této vrstvě atmosféry Jupiteru vyskytuje extrémně silné proudění, jehož rychlost v blízkosti pólů dosahuje až 1 450 km za hodinu. Ve Sluneční soustavě se tak jedná o zcela unikátní extrémní meteorologický systém.

Planeta Jupiter je známá svými bílými a červenohnědými pásy – vířícími oblaky pohybujícího se plynu, který astronomové tradičně používají ke zkoumání proudění větru v nižších vrstvách jeho atmosféry. Poblíž pólů planety astronomové pozorují nápadně jasné zářící struktury, polární záře, které jsou, zdá se, určitým způsobem spojeny se silným větrem vanoucím také v horních vrstvách atmosféry. Ale až dosud vědci nebyli schopni přesně měřit charakteristiky proudění v pásmu ležícím mezi těmito dvěma vrstvami, tedy ve stratosféře Jupiteru.

Měření rychlosti proudění ve stratosféře planety Jupiter pomocí sledování pohybu oblaků není možné, protože se v této vrstvě atmosféry oblačnost nevyskytuje. Alternativní prostředek ke zkoumání tohoto problému ale astronomové získali díky kometě Shoemaker–Levy 9, která do atmosféry planety Jupiter dopadla v roce 1994. Při impaktu vznikly ve stratosféře molekuly nových látek, které jsou od té doby unášeny prouděním.

Thibault Cavalié (Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux, Francie) a jeho tým se pokusili jednu z těchto sloučenin – kyanovodík – použít k proměření tryskového proudění ve stratosféře Jupiteru. Vědci pro tento fenomén používají označení slovo ‚jet‘, aby zdůraznili strukturu úzkých pásů ve stratosféře Jupiteru připomínající tryskové proudění (jet stream) v atmosféře Země.

„Nejpůsobivějším výsledkem je nalezení silných jetů s rychlostí proudění až 400 metrů za sekundu, které se vyskytují pod polárními zářemi v blízkosti pólů,“ říká Thibault Cavalié. Taková rychlost větru – tedy asi 1 450 km/h – více než dvakrát převyšuje maximální rychlost, jakou proudění dosahuje v slavné Velké rudé skvrně (Great Red Spot), a je asi třikrát vyšší než v nejsilnějších tornádech na Zemi.    

„Naše pozorování ukazují, že tyto jety se mohou chovat podobně jako obří vír o průměru až čtyřikrát převyšujícím rozměry Země a výšce nějakých 900 kilometrů,“ vysvětluje spoluautor práce Bilal Benmahi (Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux). „Vír takových rozměrů je ve z hlediska meteorologie ve Sluneční soustavě něco mimořádného,“ dodává Thibault Cavalié.  

Silného větru v okolí pólů Jupiteru si členové týmu byli vědomi, ale jednalo se o pásmo ležící mnohem výše v atmosféře, stovky kilometrů nad oblastí, na kterou se zaměřila tato studie publikovaná ve vědeckém časopise Astronomy & Astrophysics. Předchozí práce předpověděly, že tyto výškové větry by mohly slábnout a úplně zaniknout dříve, než sestoupí dostatečně hluboko až do stratosféry. „Nová data získaná pomocí ALMA nám však ukazují opak,“ upozorňuje Thibault Cavalié, a dodává, že nalezení takto silného stratosférického proudění poblíž pólů Jupiteru je skutečným překvapením.  

Astronomové použili 42 z celkového počtu 66 antén radioteleskopu ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) pracujícího v poušti Atacama v severním Chile a analyzovali pohyb molekul kyanovodíku, které v atmosféře Jupiteru zanechala srážka s kometou Shoemaker–Levy 9. Data získaná pomocí ALMA jim umožnila změřit Dopplerův posun (Doppler shift) – malé změny frekvence (vlnové délky) záření emitovaného molekulami – způsobený rychlým prouděním větru v této oblasti atmosféry planety. „Měřením tohoto posunu jsme byli schopni odvodit rychlost proudění větru podobně, jako je možné změřit rychlost projíždějícího vlaku na základě změny frekvence jeho houkání,“ vysvětluje další spoluautor práce Vincent Hue (Southwest Research Institute in the US).     

Kromě nalezení překvapivě silných polárních větrů se členům týmu na základě dat z ALMA podařilo také potvrdit existenci silného stratosférického proudění kolem rovníku planety a to (rovněž poprvé) přímým měřením jeho rychlosti. Tryskové proudění v této části atmosféry Jupiteru v průměru dosahuje rychlosti 600 kilometrů za hodinu.

Pozorování potřebná ke sledování stratosférického proudění na pólech i na rovníku planety Jupiter pomocí ALMA si vyžádala méně než 30 minut pozorovacího času. „Úroveň detailů, jaké jsme dosáhli za takto krátký čas, názorně demonstruje možnosti pozorování prováděných pomocí ALMA,“ říká spoluautor studie Thomas Greathouse (Southwest Research Institute, US). „Je to ohromné spatřit první přímé měření tohoto proudění.“    

„Tyto výsledky, získané pomocí ALMA, otevírají zcela nové okno ke studiu polárních oblastí planety Jupiter, což se ještě před několika měsíci nedalo očekávat,“ dodává Thibault Cavalié. „Také jsme připravili půdu pro další podobná, a ještě rozsáhlejší měření, která bude provádět zařízení Submillimetre Wave Instrument v rámci kosmické mise JUICE,“ dodává Thomas Greathouse s odkazem na připravovaný start evropské sondy JUICE (JUpiter ICy moons Explorer, ESA), který je očekáván v průběhu příštího roku.  

Planetu Jupiter bude zkoumat také připravovaný velký pozemní dalekohled ESO/ELT (Extremely Large Telescope), který by měl zahájit vědeckou činnost ve druhé polovině tohoto desetiletí. Bude schopen získávat pozorování polárních září Jupiteru s vysokým rozlišením a přinést ještě detailnější pohled na atmosféru této planety.

Zdroj

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku "First direct measurement of auroral and equatorial jets in the stratosphere of Jupiter", který byl zveřejněn ve vědeckém časopise Astronomy & Astrophysics (doi: 10.1051/0004-6361/202140330).

Složení týmu: T. Cavalié (Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux [LAB], Francie; LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University [LESIA], Francie), B. Benmahi (LAB), V. Hue (Southwest Research Institute [SwRI], USA), R. Moreno (LESIA), E. Lellouch (LESIA), T. Fouchet (LESIA), P. Hartogh (Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung [MPS], Germany), L. Rezac (MPS), T. K. Greathouse (SwRI), G. R. Gladstone (SwRI), J. A. Sinclair (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, USA), M. Dobrijevic (LAB), F. Billebaud (LAB) a C. Jarchow (MPS).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace v Evropě, která v současnosti provozuje nejproduktivnější pozemní astronomické observatoře světa. ESO má 16 členských států – Belgie, Česko, Dánsko, Finsko, Francie, Irsko, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie – a dvojici strategických partnerů – Chile, která hostí všechny observatoře ESO, a Austrálii. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal pracují dalekohledy systému VLT (Velmi velký dalekohled) schopné fungovat společně jako interferometr VLTI a dva přehlídkové teleskopy – VISTA pro infračervenou a VST pro viditelnou oblast spektra. Na Observatoři Paranal bude umístěn a provozován také největší a nejcitlivější teleskop pro sledování záření gama – Cherenkov Telescope Array South. ESO je také významným partnerem zařízení umístěných na planině Chajnantor – APEX a ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Observatoře Paranal, na hoře Cerro Armazones, staví ESO nový dalekohled ELT (Extrémně velký dalekohled) s primárním zrcadlem o průměru 39 m, který se stane „největším okem lidstva hledícím do vesmíru“.

Astronomická observatoř ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) je mezinárodním partnerským projektem organizací ESO, NSF (US National Science Foundation) a NINS (National Institutes of Natural Sciences) v Japonsku ve spolupráci s Chilskou republikou. ALMA je za členské státy financována ESO, NSF ve spolupráci s NRC (National Research Council of Canada) a NSC (National Science Council of Taiwan) a NINS ve spolupráci s AS (Academia Sinica) na Taiwanu a KASI (Korea Astronomy and Space Science Institute) v Koreji. Výstavba a provoz observatoře ALMA jsou ze strany Evropy řízeny ESO, ze strany Severní Ameriky NRAO (National Radio Astronomy Observatory), která je řízena AUI (Associated Universities, Inc.), a za východní Asii NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan). Spojená observatoř ALMA (JAO, Joint ALMA Observatory) poskytuje jednotné vedení a řízení stavby, plánování a provoz teleskopu ALMA.

Odkazy

• vědecký článek
• snímky teleskopu ALMA
• pro vědce: váš článek v tiskové zprávě ESO

Kontakty

Petr Kabáth; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: eson-czech@eso.org

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

Thibault Cavalié; Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux; Bordeaux, France; Tel.: +33 (0)5 40 00 32 71; Email: thibault.cavalie@u-bordeaux.fr

Bilal Benmahi; Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux; Bordeaux, France; Tel.: +33 (0)5 40 00 32 76; Email: bilal.benmahi@u-bordeaux.fr

Vincent Hue; Southwest Research Institute; San Antonio, TX, USA; Tel.: +1 (210) 522-5027; Email: vhue@swri.org

Thomas Greathouse; Southwest Research Institute; San Antonio, TX, USA; Tel.: +1 (210) 522-2809; Email: tgreathouse@swri.edu

Suzanna Randall (astronomer who did not participate in the study; contact for external comment and questions on ALMA); European Southern Observatory; Garching bei München, Germany; Email: srandall@eso.org

Bárbara Ferreira; ESO Media Manager; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6670; Mobil: +49 151 241 664 00; Email: press@eso.org