Pressmeddelande

Kraftiga stratosfäriska vindar uppmätta på Jupiter för första gången

18 mars 2021, Skurup

Med hjälp av Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), där ESO är en partner, har en grupp astronomer för första gången mätt vindarna i Jupiters atmosfär med direkta metoder. En analys av molekyler som bildades vid kometkollisionen med Jupiter 1994 har avslöjat mycket kraftiga vindar med hastigheter upp till 1450 kilometer i timmen i närheten av Jupiters poler. Vindarna kan utgöra ett extremt meteorologiskt fenomen i solsystemet.

Jupiter är känd för sina distinkta rödbruna och vita bälten och band: tjocka moln av gas som astronomerna normalt använder för att bestämma vindhastigheterna i jätteplanetens lägre atmosfär. Nära planetens poler har astronomerna också observerat lysande polarsken som verkar vara associerade med starka vindar i planetens övre atmosfär. Men tills nu har de aldrig kunnat mäta vindrörelser i atmosfärslagren mellan dessa nivåer, alltså i stratosfären.

 

Mätning av vindhastigheter med hjälp av molnrörelser är omöjligt i stratosfären eftersom inga moln finns på denna höjd. En unik möjlighet att mäta dessa vindar infann sig dock tack vare kometen Shoemaker-Levy 9:s nedslag på Jupiter 1994. Nedslagen gav upphov till nya molekyler i atmosfären, bland annat vätecyanid, som har befunnit sig i atmosfären sedan dess.

 

En forskargrupp under ledning av Thibault Cavalié vid Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux i Frankrike har nu följt dessa molekylers rörelse och därmed kunnat mäta upp de kraftiga jetströmmarna med direkta metoder. Jetströmmarna är smala band med mycket starka vindar i atmosfären, i viss mån analoga med jetströmmarna i jordatmosfären.

 

“Det mest spektakulära resultatet är förekomsten av starka jetvindar med hastigheter upp till 400 meter per sekund, belägna under polarskenen vid planetens poler” säger Cavalié. Vindhastigheterna, motsvarande 1 450 kilometer i timmen, är mer än dubbelt så höga som de i Jupiters röda fläck och över tre gånger högre än i de kraftfullaste tornados som uppmätts på jorden.

 

“Dessa jetströmmar formar möjligen en jättelik virvelström med en diameter upp till fyra gånger jordens och 900 kilometer djup” förklarar medförfattaren Bilal Benmahi, också vid Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux. “En virvelström av denna storlek skulle vara ett extremt meteorologiskt fenomen i solsystemet”, menar Cavalié.

 

Astronomerna var medvetna om starka vindar i Jupiters polarområden på betydligt högre höjd, hundratals kilometer över den nivå som nu har studerats och som presenteras i en artikel i dag i Astronomy & Astrophysics. Tidigare studier har förutsagt att dessa vindar skulle minska i styrka och försvinna helt vid stratosfärsnivån. “De nya mätningarna med ALMA ger oss en helt annan bild” berättar Cavalié, och tillägger att upptäckten av de starka vindarna var “en verklig överraskning”.

 

Forskarna utnyttjade 42 av ALMA:s 66 antenner, belägna i Atacamaöknen i norra Chile, för att analysera cyanvätemolekyler som bildades vid kometnedslaget på 1990-talet och som har befunnit sig i stratosfären sedan dess. Med ALMA kunde dopplereffekten – små frekvensförändringar i den utsända strålningen från molekylerna – i de starka vindarna mätas upp. “Genom att mäta denna dopplerförskjutning kunde vi dra slutsater om vindarnas hastigheter på samma sätt som när en tågvisslas ljudfrekvens förändras när loket passerar” förklarar Vincent Hue, en medförfattare till studien vid Southwest Research Institute i USA.

 

Utöver de oväntade stratosfäriska vindarna kunde forskarna, tack vare ALMA, för första gången bekräfta existensen av starka stratosfäriska vindar vid planetens ekvator med direkta metoder. Dessa vindar har hastigheter på omkring 600 kilometer i timmen.

 

Med ALMA kunde dessa observationer utföras på mindre ä 30 minuter. “De detaljerade observationerna vi erhöll demonstrerar hur enormt kraftfull ALMA är” säger medförfattaren Thomas Greathouse, även han vid Southwest Research Institute. “Jag är förbluffad över de första mätningarna av dessa vindar”.

 

“ALMA-resultaten öppnar upp ett nytt sätt att studera Jupiters polarskensområden som var helt oväntat för några månader sedan” säger Cavalié. “De är också en förberedelse för liknande men ännu mer känsliga observationer som kommer att göras med JUICE-missionen och dess Submillitre Wave Instrument” säger Greathouse, med hänvisning till det europeiska rymdorganet ESA:s rymdsond JUpiter ICy moons Explorer, som förväntas skickas upp nästa år.

 

Även ESO:s Extremely Large Telescope (ELT) kommer att studera Jupiter senare under detta årtionde. ELT kommer att kunna utföra mycket detaljerade observationer av Jupiters polarsken och ge oss ny kunskap om planetens atmosfär.

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i artikeln "First direct measurement of auroral and equatorial jets in the stratosphere of Jupiter" som publiceras i dag i tidskriften Astronomy & Astrophysics (doi:10.1051/0004-6361/202140330).

 

Forskarlaget utgörs av T. Cavalié (Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux [LAB], Frankrike, och LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University [LESIA], Frankrike), 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], Tyskland), 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) och C. Jarchow (MPS).

 

ESO är Europas främsta mellanstatliga samarbetsorgan för astronomisk forskning och med råge världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det har 16 medlemsländer: Belgien, Danmark, Finland, Frankrike, Irland, Italien, Nederländerna, Polen, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och två kartläggningsteleskop. VISTA arbetar i infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop och VST (VLT Survey Telescope) är det största teleskopet som konstruerats enbart för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO är en huvudpartner i ALMA, världens hittills största astronomiska projekt. Och på Cerro Armazones, nära Paranal, bygger ESO det extremt stora 39-metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

 

ALMA är en internationell anläggning för astronomi och ett samarbete mellan Europa, Nordamerika och Ostasien i samverkan med Chile. I Europa stöds ALMA av ESO, i Nordamerika av US National Science Foundation (NSF) i samarbete med Kanadas National Research Council (NRC) samt av Taiwans Nationella vetenskapsråd (NSC), i Ostasien av Nationella instituten för naturvetenskap (NINS) i Japan i samarbete med Academia Sinica (AS) i Taiwan. Konstruktionen och driften av ALMA leds för Europas del av ESO, för Japan av Nationella astronomiska observatoriet i Japan (NAOJ) och för Nordamerika av National Radio Astronomy Observatory (NRAO), som drivs av Associated Universities, Inc. (AUI). Joint ALMA Observatory (JAO) står för övergripande ledning och organisation under konstruktionen, driftsättningen och driften av ALMA.

Länkar

• Forskningsartikel
• Bilder på ALMA
• För astronomer: Berätta om din forskning!

 

Kontakter

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

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

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

Thomas Greathouse
Southwest Research Institute
San Antonio, TX, USA
Tel: +1 (210) 522-2809
E-post: 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
E-post: srandall@eso.org

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

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso2104 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.