Юпитер обладает одними из самых характерных особенностей атмосферы в Солнечной системе. Большое Красное Пятно Юпитера достаточно велико, чтобы окружить Землю, и почти так же известно, как некоторые реки и горы на Земле, которые мы называем домом. Однако, как и Земля, Юпитер постоянно меняется, и нам еще многое предстоит узнать об этой планете. Космический телескоп НАСА Джеймса Уэбба разгадывает некоторые из этих загадок, раскрывая новые особенности Юпитера, которые мы никогда раньше не видели, в том числе высокоскоростные реактивные самолеты, мчащиеся высоко над экватором планеты.

Узкие струи вблизи экватора Юпитера имеют скорость ветра 320 миль в час. Это изображение Юпитера, полученное камерой ближнего инфракрасного диапазона космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА (NIRCam), показывает великолепную планету с потрясающими деталями в инфракрасном свете. На этом изображении яркость представляет высоту. Многочисленные ярко-белые «пятна» и «полосы», вероятно, представляют собой верхушки облаков, сгущенные высотными конвективными штормами. Полярные сияния, показанные на этом изображении красным цветом, простираются высоко в небо над северным и южным полюсами Земли. Напротив, темная полоса к северу от экватора почти не покрыта облаками. Источник: НАСА, ЕКА, CSA, STScI, Рикардо Уэсо (UPV), Имкеде Патер (Калифорнийский университет в Беркли), Тьерри Фуше (Парижская обсерватория), Ли Флетчер (Университет Лестера), Майкл Х. Вонг (Калифорнийский университет в Беркли), Джозеф ДеПаскуале (STScI).

Хотя эта струя не так интуитивна и впечатляюща, как некоторые другие особенности Юпитера, она дала исследователям невероятное понимание того, как слои атмосферы Юпитера взаимодействуют друг с другом, и как телескоп Уэбба может помочь в этих исследованиях в будущем.

Исследователи с помощью камеры ближнего инфракрасного диапазона космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА (NIRCam) обнаружили высокоскоростные струи над экватором Юпитера, над главными облаками. На длине волны 2,12 микрона, примерно в 12–21 милях (20–35 километрах) над облаками Юпитера, исследователи обнаружили несколько сдвигов ветра — областей, где скорость ветра меняется с высотой или расстоянием, что позволило им отслеживать струи. На этом изображении выделены несколько особенностей вокруг экватора Юпитера, которые очень явно нарушены движением струй между одним оборотом Юпитера (10 часов). Источник: НАСА, ЕКА, CSA, STScI, Рикардо Уэсо (UPV), Имкеде Патер (Калифорнийский университет в Беркли), Тьерри Фуше (Парижская обсерватория), Ли Флетчер (Университет Лестера), Майкл Х. Вонг (Калифорнийский университет в Беркли), Джозеф ДеПаскуале (STScI).

Космический телескоп Уэбб обнаружил новые особенности атмосферы Юпитера

Космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба обнаружил новую, ранее невиданную особенность в атмосфере Юпитера. Этот высокоскоростной реактивный самолет имеет ширину более 3000 миль (4800 километров) и находится над основными облаками над экватором Юпитера. Открытие этой струи проливает свет на то, как слои знаменитой турбулентной атмосферы Юпитера взаимодействуют друг с другом и как телескоп Уэбба уникальным образом отслеживает эти особенности.

Рикардо Уэсо из Университета Страны Басков в Бильбао, Испания, является первым автором статьи, описывающей это открытие. «Дымка в атмосфере Юпитера, которую мы всегда считали размытой, теперь кажется четкой особенностью, которую мы можем отслеживать, поскольку Юпитер быстро вращается».

Уникальные возможности визуализации Weber

Команда проанализировала данные, полученные камерой ближнего инфракрасного диапазона Уэбба (NIRCam) в июле 2022 года. Инициатива Early Release Science Initiative, возглавляемая Имкеде Патером из Калифорнийского университета в Беркли и Тьерри Фуше из Парижской обсерватории, направлена ​​на получение изображений Юпитера с использованием четырех различных фильтров, каждый из которых способен обнаруживать небольшие характерные изменения в атмосфере Юпитера на разных высотах, сделанные с интервалом в 10 часов или один юпитерианский день.

Атмосфера Юпитера многослойная, и на этой иллюстрации показано, как телескоп Уэбба способен собирать информацию с более высоких уровней атмосферы, чем раньше. Ученые смогли использовать телескоп Уэбба для определения скорости ветра в разных слоях атмосферы Юпитера, что позволило им изолировать высокоскоростные струи. Наблюдения Юпитера проводились под тремя разными фильтрами с интервалом в 10 часов, что составляет один юпитерианский день. Каждый фильтр может обнаруживать небольшие характерные изменения на разных высотах в атмосфере Юпитера. Источник: НАСА, ЕКА, CSA, STScI, Рикардо Уэсо (UPV), Имкеде Патер (Калифорнийский университет в Беркли), Тьерри Фуше (Парижская обсерватория), Ли Флетчер (Университет Лестера), Майкл Х. Вонг (Калифорнийский университет в Беркли), Энди Джеймс (STScI).

«Хотя изменение погодных условий в системе Юпитера наблюдалось с помощью различных наземных телескопов, космических кораблей, таких как «Юнона» и «Кассини» НАСА, а также космического телескопа «Хаббл» НАСА, телескоп Уэбб предоставил новые открытия о кольцах Юпитера, лунах и его атмосфере», — отметил де Патер.

контрастная атмосфера

Хотя Юпитер во многом отличается от Земли (Юпитер — газовый гигант, а Земля — скалистый мир умеренного пояса), обе планеты имеют многослойную атмосферу. Наблюдения в инфракрасном, видимом, радио- и ультрафиолетовом диапазонах этих миссий исследовали нижние и глубокие слои атмосферы Юпитера, где обитают гигантские штормы и облака аммиачного льда.

С другой стороны, ближний инфракрасный диапазон длин волн телескопа Уэбба шире, чем раньше, и он чувствителен к верхним слоям атмосферы, примерно в 15–30 милях (25–50 километрах) над верхушками облаков Юпитера. На изображениях в ближнем инфракрасном диапазоне высотные облака и туман часто кажутся размытыми, а яркость в экваториальной области увеличивается. С помощью телескопа Уэбба можно рассмотреть более мелкие детали в ярких туманных длинах волн.

Эта иллюстрация молний, ​​конвективных турелей (грозовых облаков), глубоких водяных облаков и просветов в атмосфере Юпитера была основана на данных, собранных космическим кораблем «Юнона», космическим телескопом «Хаббл» и обсерваторией «Джемини». «Юнона» обнаруживает радиосигналы, создаваемые разрядами молний. Поскольку радиоволны могут проходить через все облака Юпитера, Юнона может обнаруживать молнии как глубоко внутри облаков, так и на дневной стороне Юпитера. Хаббл может обнаружить солнечный свет, отраженный облаками в атмосфере Юпитера. Солнечные лучи различной длины могут проникать в облака на разную глубину, что позволяет исследователям определять относительную высоту вершин облаков. Gemini нанесли на карту толщину холодных облаков, которые блокируют тепловое инфракрасное излучение из более теплой атмосферы под облаками. Плотные облака кажутся темными на инфракрасной карте, а чистые облака — яркими. Комплексные наблюдения можно использовать для построения трехмерных карт структуры облаков и получения подробной информации об атмосферной циркуляции. Густые, высокие облака образуются там, где поднимается влажный воздух (апвеллинг и активная конвекция). Ясное небо образуется, когда более сухой воздух опускается (опускается). Облака, изображенные здесь, в пять раз выше, чем аналогичные конвективные башни в относительно мелкой атмосфере Земли. Область, показанная горизонтально, охватывает одну треть континентальной части Соединенных Штатов. Источник: НАСА, ЕКА, М.Х. Вонг (Калифорнийский университет в Беркли), А. Джеймс и М. В. Каррутерс (STScI)

Недавно обнаруженный реактивный самолет имеет скорость около 320 миль (515 километров) в час, что вдвое превышает скорость устойчивого ветра урагана 5-й категории на Земле. Он расположен примерно в 25 милях (40 километрах) над нижними стратосферными облаками Юпитера (см. изображение выше).

Сравнивая высотные ветры, наблюдаемые Уэббом, с глубокими ветрами, наблюдаемыми Хабблом, команда смогла измерить, насколько быстро ветер меняется с высотой и как быстро возникает сдвиг ветра.

В то время как превосходное разрешение и диапазон длин волн Уэбба позволили ему обнаружить небольшие особенности облаков, используемые для отслеживания джетов, дополнительные наблюдения Хаббла на следующий день после наблюдений Уэбба также имели решающее значение для определения основного состояния экваториальной атмосферы Юпитера и для наблюдения за развитием конвективных штормов на экваторе Юпитера, не связанных с струями.

«Мы знали, что разные длины волн Уэбба и Хаббла покажут трехмерную структуру грозовых облаков, но мы также смогли использовать время получения данных, чтобы увидеть, как быстро развивался шторм», — добавил Майкл Вонг из Калифорнийского университета в Беркли, который руководил соответствующими наблюдениями Хаббла.

Будущие наблюдения и последствия

Исследователи надеются провести дополнительные наблюдения за Юпитером с помощью телескопа Уэбба, чтобы определить, изменились ли скорость и высота джетов с течением времени.

«Характеристики ветра и температуры в экваториальной стратосфере Юпитера сложны, но повторяемы», — объяснил член команды Ли Флетчер из Университета Лестера в Великобритании. «Если интенсивность этой новой струи связана с характером колебаний в стратосфере, мы можем ожидать, что она значительно изменится в течение следующих двух-четырех лет — будет очень интересно проверить эту теорию в ближайшие годы».

Флетчер продолжил: «Для меня удивительно, что после многих лет отслеживания облаков и ветров многочисленными обсерваториями нам еще многое предстоит узнать о Юпитере, и что такие особенности, как эти струи, останутся скрытыми до тех пор, пока в 2022 году не будут сделаны новые изображения NIRCam».

Результаты исследователей были недавно опубликованы в журнале Nature Astronomy.