تلسکوپ وب جریان جت شدیدی را در جو مشتری کشف کرد

مشاهدات نزدیک به فروسرخ مشتری توسط تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا (پس‌زمینه) بادهای مرتفع (فلش‌های قرمز) را که قبلاً مشکوک نبودند، شبیه به جریان جت زمین در یک منطقه باریک در بالای خط استوا نشان داد. این بادها با سرعتی تقریباً دو برابر سرعت بادها در لایه ابر مرئی (فلش های آبی) در عمق 20 مایلی پایین تر جریان دارند که توسط تلسکوپ فضایی هابل ناسا اندازه گیری شده است.

م.ح. وانگ، UC برکلی؛ R. Hueso، دانشگاه کشور باسک; ناسا؛ ESA; CSA; STScI; I. de Pater، UC Berkeley; تی فوشه، رصدخانه پاریس; ال. فلچر، دانشگاه لستر

تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا یک جریان جت پر سرعت در جو مشتری کشف کرده است که دو برابر سریع‌تر از لایه‌های ابر مرئی زیر آن می‌وزد و قیچی‌های باد ایجاد می‌کند که بسیار فراتر از هر چیزی است که روی زمین دیده می‌شود.

جریان جت پرسرعت، که با سرعت 320 مایل در ساعت (515 کیلومتر در ساعت) حرکت می کند و بیش از 3000 مایل (4800 کیلومتر) عرض دارد، بر فراز خط استوای مشتری، 15 تا 30 مایل (25 تا 50 کیلومتر) بالاتر از عرشه ابر اصلی آشنا از عکس های نوری.

بر اساس مشاهدات تلسکوپ فضایی هابل ناسا، باد در لایه ابر مرئی با سرعتی در حدود 180 مایل در ساعت (250 کیلومتر در ساعت) می وزد. به گفته ریکاردو هوئسو، نویسنده اصلی مقاله ای که یافته های امروز در مجله Nature Astronomy منتشر شده است، این بدان معناست که به ازای هر کیلومتر بالای این ابرهای قابل مشاهده، سرعت باد 7 تا 10 کیلومتر در ساعت افزایش می یابد.

هوئسو از دانشگاه کشور باسک در بیلبائو، اسپانیا گفت: “این چیزی است که ما را کاملا شگفت زده کرد.” آنچه ما همیشه به عنوان مه های تار در جو مشتری می دیدیم، اکنون به عنوان ویژگی های واضحی ظاهر می شود که می توانیم همراه با چرخش سریع سیاره ردیابی کنیم و بسیار سریعتر از سرعت های معمولی موجود در استوای مشتری در سطح ابر حرکت کنیم.

کشف این جریان جت بینش هایی را در مورد چگونگی تعامل لایه های جو متلاطم مشهور مشتری با یکدیگر ارائه می دهد و چگونه تلسکوپ وب (Webb) به طور منحصر به فردی قادر به ردیابی این ویژگی ها است.

مقایسه عکس های فوری گرفته شده در روزهای متوالی

تصاویر جدید مشتری در جولای 2022 توسط NIRCam (دوربین مادون قرمز نزدیک) وب به عنوان بخشی از برنامه Early Release Science (ERS) گرفته شد. مشاهدات ERS از منظومه مشتری به طور مشترک توسط ایمکه دو پاتر، استاد بازنشسته نجوم در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، و تیری فوشه از رصدخانه پاریس هدایت می شوند.

ساختار کلی بادهای ناحیه ای در جو مشتری از مشاهدات در طول موج های مرئی (پروفایل سفید) و فیلترهای مختلف مورد استفاده در مطالعه (خطوط رنگی) بازسازی شده است. تصویر پس زمینه ترکیب رنگی از تصاویر JWST است که به مه های بالایی حساس هستند. تصویر سمت راست نمای نزدیک از جت باریک مرکزی بالای منطقه استوایی است.
ریکاردو هوئسو
دی پاتر گفت: «اگرچه تلسکوپ‌های مختلف زمینی، فضاپیماهایی مانند جونو و کاسینی ناسا، و تلسکوپ فضایی هابل ناسا الگوهای آب و هوایی در حال تغییر سیستم جووین را رصد کرده‌اند، وب قبلاً یافته‌های جدیدی در مورد حلقه‌های مشتری، ماهواره‌ها و جو آن ارائه کرده است.

NIRCam تصاویری از مشتری را با فاصله 10 ساعت – یک روز مشتری – در چهار فیلتر مختلف به دست آورد که هر کدام به طور منحصر به فردی قادر به تشخیص تغییرات در ویژگی های کوچک در ارتفاعات مختلف جو مشتری هستند. سرعت باد با ردیابی حرکت ویژگی‌های کوچک، مانند ابرها – به احتمال زیاد یخ آمونیاک مخلوط با ذرات غبار فتوشیمیایی معمولی جو مشتری، محاسبه شد.

مایکل ونگ، یکی از نویسندگان دانشگاه کالیفرنیا برکلی، گفت: ما می دانستیم که طول موج های مختلف وب و هابل ساختار سه بعدی ابرهای طوفانی را نشان می دهد، اما همچنین توانستیم از زمان بندی داده ها برای مشاهده سرعت توسعه طوفان ها استفاده کنیم. محقق مشترک برنامه ERS سیستم Jovian.

جریان جت پرسرعت ممکن است همتای عمیق یک پدیده پیچیده باشد که برای دهه‌ها در مشتری، زحل و زمین مشاهده شده است: نوسانات منظم دما و بادهایی که در استراتوسفر، بالاتر از جو این سیارات رخ می‌دهد. در مشتری، این نوسانات حرارتی استوایی بین 30 تا 150 کیلومتری بالای لایه ابر مرئی دارای دوره تناوب چهار تا شش سال است.

لی فلچر، عضو تیم، از دانشگاه لستر در بریتانیا، گفت: «مشتری دارای یک الگوی پیچیده اما تکرارپذیر از بادها و دماها در استراتوسفر استوایی خود است، در بالای بادها در ابرها و مه های اندازه گیری شده در این طول موج ها. اگر قدرت این جت جدید به این الگوی نوسانی استراتوسفر متصل شود، ممکن است انتظار داشته باشیم که جت طی دو تا چهار سال آینده به طور قابل توجهی تغییر کند. آزمایش این نظریه در سال های آینده واقعاً هیجان انگیز خواهد بود.”

هوئسو خاطرنشان کرد که جت ها یکی از ویژگی های اصلی جو مشتری و زحل هستند. آنها به قدری با عرض جغرافیایی همسو هستند که به آنها جت های ناحیه ای می گویند. این هم ترازی های ناحیه ای نتیجه چرخش سریع سیارات است (هم مشتری و هم زحل دارای دوره چرخشی حدود 10 ساعت هستند) که منجر به تعادل بین نیروهای کوریولیس و گرادیان های عرضی فشار می شود.

در مشتری و زحل، جت ها عمدتاً در زمان پایدار هستند و تنها تغییرات جزئی در سطح ابر در طول سال ها و دهه ها مشاهده شده است.

وونگ گفت: “برای من، چیز هیجان انگیز این است که هیچ کس قبل از JWST انتظار این جت باریک و پرسرعت را نداشت.” ما می‌دانستیم که جت باریکی مانند این در زحل وجود دارد، بنابراین کشف یک ویژگی مشابه در مشتری، مطالعات مقایسه‌ای جدید را در مورد این دو سیاره غول‌پیکر امکان‌پذیر می‌کند، حتی اگر مشخص شود که جت مشتری مکانیسم شکل‌گیری متفاوتی دارد.

اخترشناسان، از جمله دو پاتر و وانگ، مدت‌هاست که مشتری را در طول موج‌های مایکروویو، مادون قرمز، مرئی و فرابنفش با استفاده از تلسکوپ‌های زمینی و فضایی برای مطالعه لایه‌های پایین‌تر و عمیق‌تر جو سیاره، جایی که طوفان‌های غول‌پیکر و ابرهای یخی آمونیاکی در آن قرار دارند، رصد کرده‌اند. ابزارهای وب دورتر از قبل به مادون قرمز نزدیک نگاه می کنند و به لایه های جوی با ارتفاع بالاتر، در حدود 15 تا 30 مایل (25 تا 50 کیلومتر) بالای قله های ابر مشتری حساس هستند.

بنابراین در حالی که در تصاویر نزدیک به مادون قرمز قبلی، این مه های ارتفاع بالا معمولاً تار به نظر می رسیدند، با روشنایی افزایش یافته در منطقه استوایی، وب می تواند جزئیات دقیق تری را در نوارهای مه روشن حل کند.