Úžasné bouře, proudové proudy na Jupiteru

„Kosmická loď Juno NASA našla dechberoucí cyklóny u Jupiterových pólů a zkoumala, jak hluboko proudí proudové proudy planety.

Přiznám se, že jsem vždy našel Jupitera jako fádní fádu. Jistě má kolem sebe čtyři galilejské měsíce a jeho Velká červená skvrna je širší než celá planeta Země, ale ve skutečnosti je to jen velká koule plynu.

Juno mě vyrazil z mé lhostejnosti. Kosmická loď NASA se od července 2016 zipuje kolem krále planet ve velké protáhlé smyčce, při nejbližším přiblížení, které během dvou hodin přelétává nad oblaky 67 km / s (150 000 mph), když letí z pólu na pól. Junoova data nám ukázala Jupitera, kterého jsme nikdy předtím neviděli. Zahlédl bílé mraky tančící na nejvyšších hřebenech a vrhal stíny na okolní atmosféru. Hluboko dole se zjistilo, že Jupiterův core těžších prvků je ve skutečnosti nejasný, rozpuštěný v okolním vodíku a heliu (omlouvám se, Arthur C. Clarke). Také nám poskytl náš první pohled na póly planety, bizarní namodralé oblasti (ano, vlastně namodralé, nejde jen o zpracování obrazu) s dechberoucími cyklóny, které vyděšených planetárních vědců.

Čtyři referáty publikované 7. března v Přírodě nám dávají nejnovější pohled na Juno's Jupiter, odhalující podrobnosti o gravitaci obří planety, vnitřní struktuře a pohybech a jejích pólech.

Ohromující polární bouře

Tato infračervená mozaika jižního pólu Jupitera kombinuje snímky pořízené během průletu č. 4 kosmické lodi Juno a odhaluje pětiúhelník obřích cyklónů. Snímky, pořízené při vlnových délkách kolem 5 mikronů, ukazují tepelnou záři planety, přičemž žlutá označuje přítomnost tenčích mraků (proto neblokuje teplo a neosvětluje tyto oblasti) a tmavě červenou, kde silnější mraky blokují vnitřek. Vzory se také objevují na viditelných vlnových délkách, ve kterých se světlé, výškové mraky shodují s částmi, které jsou infračervené tmavé.
NASA / SWRI / JPL / ASI / INAF / IAPS

Výsledky, které mi odvádějí dech, jsou zdaleka ty pro ty póly. Alberto Adriani (Institut INAF pro kosmickou astrofyziku a planetologii, Itálie) a jeho kolegové informují o objevu dvou ohromujících cyklónů, jednoho na každém pólu. Cyklony jsou nízkotlaké cirkulační systémy, které se otáčejí proti směru hodinových ručiček na severní polokouli a ve směru hodinových ručiček na jižní polokouli. (Velká červená skvrna je naproti tomu anticyklon, což znamená, že jeho centrální tlak vzduchu je vyšší než jeho okolí a otáčí se v opačném směru - v tomto případě proti směru hodinových ručiček.)

Komplex na severním pólu Jupiteru má centrální, cyklón široký 4 000 km, s velkým prstenem osmi pravidelně kolem sebe rozmístěných bouří podobné velikosti. Prsten z osmi jemně se rozdělí do dvou střídavých sad, přičemž cyklony, které jsou o něco dále od centrální, mají zřetelné spirálové ramena a ty, které jsou o něco blíže ke středu, vypadají turbulentněji.

Jižní pól má méně, větší bouře než severní pól. Centrální cyklón leží ve středu nedokonalého pětiúhelníku pěti dalších, každý široký mezi 5 600 až 7 000 km (asi polovina průměru Země). Centrální cyklón a dva z pěti v pětiúhelníku mají zřetelné cloudové spirály; další tři jsou chaotičtější.

"Vypadá to jako mimozemská vířivá vana, " řekl hlavní vyšetřovatel Scott Bolton (Southwest Research Institute, South Antonio) v lednu, když si prohlížel tyto obrázky na zimním setkání Americké astronomické společnosti ve Washingtonu, DC.

Jednotlivé bouře se střídají každých 27 až 60 hodin, stovkami kilometrů za hodinu. Přesto se zdá, že oba vzorce zůstávají umístěny nebo se potenciálně driftují kolem centrálních cyklónů, s Junovými pozorováními během 7 měsíců došlo k malé změně. Tým neví, proč jsou vzory tak stacionární nebo proč se cyklony neslučují.

Zůstává také nejasné, zda se cyklóny vytvářely na pólech nebo tam migrovaly odkudkoli. Východní-západní toky, které rozdělují nižší zeměpisné šířky na vodorovné pruhy oslabené ve vyšších zeměpisných šířkách, nahrazené turbulencemi, které by při rotaci planety způsobily zrod cyklónů. Naopak, stejná rotační pseudoforce, zvaná Coriolisův efekt, má sklon tlačit vířící cloudové systémy pryč od rovníku a může povzbudit Jupiterovy cyklóny, aby se stěhovaly a shromažďovaly tam.

Hluboko v Jupiteru

Jupiterův severní pól má větší sbírku cyklónů než jižní pól, ale bouře jsou menší. Všimněte si vzoru silných spirálních funkcí versus turbulence v každém dalším cyklónu.
NASA / JPL-Caltech / SwRI / ASI / INAF / JIRAM

Další tři dokumenty Juno se zabývají Jupiterovým gravitačním polem, jeho vnitřkem a pohyby v jeho atmosféře. Tým zjistil, že gravitační tah planety na kosmickou loď není globálně symetrický, ale místo toho se v jednotlivých regionech liší, zejména mezi severní a jižní polokouli. Tyto změny jsou způsobeny proudem proudu v atmosféře: největší proudí kolem vysokotlakých a nízkotlakých oblastí a tlačí části atmosféry kolem, takže některé části jsou hustší a jiné méně. Hustější regiony vyvíjejí silnější gravitační tah na kosmickou loď.

Už jsme věděli, že se Jupiter otáčí odlišně, což znamená, že rovník se pohybuje jinou rychlostí než póly. (Toto chování se objevuje jinde ve sluneční soustavě, a to i na Saturn.) Ale nevěděli jsme, jak hluboké je chování. Různé způsoby studia atmosférických pohybů ukazují na stejný závěr: proudové proudy planety dosahují asi 3 000 km dolů, mnohem hlouběji, než očekávali mnozí vědci. Tato rozdílně rotující vrstva proudového proudu obsahuje asi 1% celkové hmotnosti planety. Zdá se, že pod touto vrstvou atmosféry rotuje planeta spíše jako pevná koule.

"Mít vítr klesající na 3 000 km je velký problém, " vysvětluje expert na planetární atmosféru Andrew Ingersoll (Caltech). Objev může urovnat desetiletou debatu mezi dvěma velmi odlišnými modely, co způsobuje pohyby v atmosféře plynového obra. Jupiterova povětrnostní vrstva - část absorbující sluneční světlo a vytvářející se mraky - je hluboká pouze asi 100 km, ale atmosférické proudění pod známými světelnými zónami a temné pásy klesají 30krát hlouběji. To upřednostňuje dlouhodobou teorii pro Jupiterův interiér, ve kterém proudové proudy tvoří řadu vnořených válců, jako je role toaletního papíru, který byl pečlivě vyřezán do koule (ale s méně vrstvami). Každý rozdílně rotující šířkový pás odpovídá jiné vrstvě v hnízdě, s vyššími šířkami odpovídajícími hlubším válcům. Bolton však tvrdí, že stále ještě pracují na obrázku válce a věci se úplně neshodují s původní myšlenkou.

Tak proč tryskové proudy vymřou o 3000 km dolů? Jeden z týmů reportujících v Nature, vedený Tristanem Guillotem (Université Côte d'Azur, Francie), navrhuje, že v této hloubce je tlak tak vysoký, že molekulární vodík se stane ionizovaným a tak náchylný k elektromagnetickým silám. Proudy se tedy magneticky přitahují a nutí všechno, aby se masově otáčelo jako velká, tuhá koule.

Elektrická vodivost interiéru závisí na tlaku a na hmotnosti hmoty planety. Junoovy výsledky tedy naznačují, že by se Saturn mohl méně masivně přeměnit na tuhou rotaci třikrát hlouběji než Jupiter, zatímco hnědí trpaslíci by měli mělčí diferenciálně rotující obálky.

Další výsledky se blíží, včetně rozšířeného blesku (převážně na severní polokouli) a mnoha přetrvávajících otázek, jako je hloubka Velké červené skvrny. Předběžné údaje pouze ukazují, že kultovní bouře sahá tak hluboko, jak může mikrovlnný nástroj pronikat, což je několik set kilometrů, říká Bolton. Mezitím tě nechám s tímto simulovaným nadstandardním videem Jupiterových cloudů. Kombinuje skutečná pozorování JunoCamu s počítačovými simulacemi.

Reference:

A. Adriani a kol. „Jupiterovy póly obklopují klastry cyklónů.“ Příroda . 8. března 2018.

T. Guillot a kol. "Potlačení diferenciální rotace v hlubokém interiéru Jupitera." Příroda . 8. března 2018.

L. Iess a kol. "Měření Jupiterova asymetrického gravitačního pole." Příroda . 8. března 2018.

Y. Kaspi a kol. "Jupiterovy vzdušné proudy se rozprostírají tisíce kilometrů hluboko." Příroda . 8. března 2018.