Stormen op Jupiter verstoren de kleurrijke riemen van de planeet

[univers]

Een close-up van de twee fel witte pluimen (midden) in de South Equatorial Belt van Jupiter en een grote stroomafwaartse verstoring aan hun rechterkant. (Afbeelding door Imke de Pater, UC Berkeley; Robert Sault, University of Melbourne; Chris Moeckel, UC Berkeley; Michael Wong, UC Berkeley; Leigh Fletcher, University of Leicester)

Stormwolken diep geworteld in de atmosfeer van Jupiter beïnvloeden de witte zones en kleurrijke riemen van de planeet, veroorzaken verstoringen in hun stroom en veranderen zelfs hun kleur.

Dankzij gecoördineerde observaties van de planeet in januari 2017 door zes op de grond gebaseerde optische en radiotelescopen en NASA's Hubble Space Telescope, een universiteit van Californië, Berkeley, astronoom en haar collega's hebben de effecten van deze stormen kunnen volgen - zichtbaar als helder pluimen boven de ammoniakijswolken van de planeet - op de riemen waarin ze verschijnen.

De observaties zullen uiteindelijk planetaire wetenschappers helpen de complexe atmosferische dynamiek op Jupiter te begrijpen, die met zijn Great Red Spot en kleurrijke, laagachtige cake-achtige banden het een van de mooiste en veranderlijkste van de gigantische gasplaneten in het zonnestelsel maken.

Een dergelijke pluim werd opgemerkt door amateurastronoom Phil Miles in Australië een paar dagen voor de eerste waarnemingen door de Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) in Chili, en foto's die een week later door Hubble werden genomen, toonden aan dat de pluim een ​​tweede pluim had voortgebracht en liet een stroomafwaartse verstoring achter in de wolkenband, de South Equatorial Belt. De stijgende pluimen vertoonden vervolgens interactie met de krachtige winden van Jupiter, die de wolken vanaf hun oorsprong naar het oosten en westen strekten.


Een radiobeeld van Jupiter gemaakt door de Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA). Bij deze golflengten duiden de heldere banden op hoge temperaturen en komen deze overeen met de bruine banden in zichtbare beelden. De donkere banden, die zones worden genoemd en over het algemeen wit zijn in zichtbaar licht, zijn gebieden met lage temperaturen of ondoorzichtige gebieden in de atmosfeer van Jupiter. Deze beelden registreren wolken 40 tot 50 kilometer onder het bovenste wolkendek van de planeet. (ALMA-afbeelding door Imke de Pater, UC Berkeley, Robert Sault, Universiteit van Melbourne)

Drie maanden eerder werden vier lichtpunten gezien, iets ten noorden van de North Equatorial Belt. Hoewel die pluimen tegen 2017 waren verdwenen, was de riem sindsdien naar het noorden verbreed en was de noordrand van kleur veranderd van wit in oranjebruin.

"Als deze pluimen krachtig zijn en convectieve gebeurtenissen blijven vertonen, kunnen ze een van deze hele bands in de loop van de tijd verstoren, hoewel het een paar maanden kan duren," zei studieleider Imke de Pater, emerita professor astronomie aan UC Berkeley. "Met deze observaties zien we de ene pluim in uitvoering en de nawerkingen van de andere."

De analyse van de pluimen ondersteunt de theorie dat ze ongeveer 80 kilometer onder de wolkentoppen vandaan komen op een plaats gedomineerd door wolken met vloeibaar water. Een paper met een beschrijving van de resultaten is geaccepteerd voor publicatie in het Astronomical Journal en is nu online .

De stratosfeer in
De atmosfeer van Jupiter bestaat voornamelijk uit waterstof en helium, met sporen van methaan, ammoniak, waterstofsulfide en water. De bovenste wolkenlaag bestaat uit ammoniakijs en bestaat uit de bruine banden en witte zones die we met het blote oog zien. Onder deze buitenste wolkenlaag bevindt zich een laag vaste ammoniumhydrosulfidedeeltjes. Nog dieper, op ongeveer 80 kilometer onder het bovenste wolkendek, bevindt zich een laag met vloeibare waterdruppeltjes.


ALMA's weergave van Jupiter op radiogolflengten (boven) en de weergave van de Hubble Space Telescope in zichtbaar licht (onder). De uitbarsting in de South Equatorial Belt is zichtbaar in beide afbeeldingen: een donkere vlek op de radio, een heldere vlek in zichtbaar. (ALMA-afbeelding door Imke de Pater en S. Dagnello; Hubble-afbeelding met dank aan NASA)

De stormwolken de Pater en haar team bestudeerd verschijnen in de riemen en zones als heldere pluimen en gedragen zich net als de cumulonimbuswolken die voorafgaan aan onweersbuien op aarde. De stormwolken van Jupiter, zoals die op aarde, gaan vaak gepaard met bliksem.

Optische waarnemingen kunnen echter niet zien onder de ammoniakwolken, dus de Pater en haar team hebben dieper gezocht naar radiotelescopen, waaronder ALMA en ook de Very Large Array (VLA) in New Mexico, die wordt beheerd door de National Science Foundation - gefinancierd National Radio Astronomy Observatory.

ALMA array's eerste waarnemingen van Jupiter waren tussen 3 en 5 januari 2017, een paar dagen nadat een van deze heldere pluimen werd gezien door amateurastronomen in de South Equatorial Belt van de planeet. Een week later maakten Hubble, de VLA, de Gemini, Keck en Subaru observatoria in Hawaii en de Very Large Telescope (VLT) in Chili beelden in het zichtbare, radio- en midden-infraroodbereik.

De Pater combineerde de ALMA-radioobservaties met de andere gegevens, specifiek gericht op de nieuw gebrouwen storm die door de wolken van het bovendek met ammoniakijs stak.

De gegevens toonden aan dat deze stormwolken zo hoog reikten als de tropopauze - het koudste deel van de atmosfeer - waar ze zich verspreiden zoals de aambeeldvormige cumulonimbuswolken die bliksem en donder op aarde genereren.

"Onze ALMA-waarnemingen zijn de eerste om aan te tonen dat hoge concentraties ammoniakgas worden opgewekt tijdens een energetische uitbarsting," zei de Pater.


ALMA-afbeelding van de verdeling van ammoniakgas onder het wolkendek van Jupiter. (ALMA-afbeelding door I. de Pater en S. Dagnello)

De waarnemingen zijn consistent met één theorie, vochtige convectie genaamd, over hoe deze pluimen worden gevormd. Volgens deze theorie brengt convectie een mengsel van ammoniak en waterdamp hoog genoeg - ongeveer 80 kilometer onder de wolkentoppen - zodat het water in vloeibare druppels condenseert. Het condenswater geeft warmte vrij die de wolk uitzet en het snel omhoog drijft door andere wolkenlagen, en uiteindelijk door de ammoniakijswolken aan de bovenkant van de atmosfeer breekt.

Het momentum van de pluim draagt ​​de onderkoelde ammoniakwolk boven de bestaande ammoniak-ijswolken totdat de ammoniak bevriest, waardoor een heldere, witte pluim ontstaat die opvalt tegen de kleurrijke banden rondom Jupiter.

"We hadden echt geluk met deze gegevens, omdat ze slechts enkele dagen werden genomen nadat amateurastronomen een heldere pluim hadden gevonden in de South Equatorial Belt," zei de Pater. "Met ALMA hebben we de hele planeet geobserveerd en die pluim gezien, en omdat ALMA onder de wolkenlagen onderzoekt, konden we zien wat er aan de hand was onder de ammoniakwolken."

Hubble nam een ​​week na ALMA foto's en legde twee afzonderlijke heldere plekken vast, wat suggereert dat de pluimen afkomstig zijn van dezelfde bron en naar het oosten worden gedragen door de straalstroom op grote hoogte, wat leidt tot de grote verstoringen in de riem.


Een illustratie van "vochtige convectie" in de atmosfeer van Jupiter toont een stijgende pluim die ongeveer 80 kilometer onder de wolkentoppen ontstaat, waar de druk vijf keer die op aarde (5 bar) is, en stijgt door regio's waar water condenseert, ammoniumhydrosulfide en ammoniak bevriest als ijs, net onder de koudste plek in de atmosfeer, de tropopauze. (Aangepast van illustratie door Leigh Fletcher, Universiteit van Leicester)

Toevallig, drie maanden eerder, waren heldere pluimen waargenomen ten noorden van de Northern Equatorial Belt. De observaties van januari 2017 toonden aan dat die riem in breedte was uitgebreid en de band waar de pluimen voor het eerst werden gezien, veranderde van wit naar oranje. De Pater vermoedt dat de noordelijke expansie van de North Equatorial Belt het gevolg is van gas uit de ammoniakarme pluimen die terugvallen in de diepere atmosfeer.

De Pater's collega en co-auteur Robert Sault van de Universiteit van Melbourne in Australië gebruikte speciale computersoftware om de ALMA-gegevens te analyseren om radiokaarten van het oppervlak te verkrijgen die vergelijkbaar zijn met door Hubble gemaakte foto's met zichtbaar licht.

"De rotatie van Jupiter eenmaal per 10 uur vervaagt meestal radiokaarten, omdat deze kaarten vele uren nodig hebben om te observeren," zei Sault. “Bovendien moesten we vanwege de grote omvang van Jupiter de planeet 'scannen', zodat we uiteindelijk een groot mozaïek konden maken. We hebben een techniek ontwikkeld om een ​​volledige kaart van de planeet te maken. ”

https://news.berkeley.edu/2019/08/22/st ... ful-belts/