Верхняя атмосфера Юпитера удивляет астрономов

Используя космический телескоп Джеймса Уэбба НАСА/ЕКА/ККА, ученые наблюдали область над знаменитым Большим красным пятном Юпитера, чтобы обнаружить множество ранее невидимых особенностей. В этом регионе, который раньше считался ничем не примечательным по своей природе, находится множество сложных структур и видов деятельности.

Юпитер — один из самых ярких объектов ночного неба, и его легко увидеть в ясную ночь. Помимо яркого северного и южного сияния в полярных регионах планеты, свечение верхних слоев атмосферы Юпитера слабое, поэтому наземным телескопам сложно различить детали в этом регионе. Однако инфракрасная чувствительность Уэбба позволяет ученым изучать верхние слои атмосферы Юпитера над печально известным Большим Красным Пятном с беспрецедентной детализацией.

Верхняя атмосфера Юпитера является границей между магнитным полем планеты и нижележащей атмосферой. Здесь можно увидеть яркие и яркие проявления северного и южного сияния, которые подпитываются вулканическим материалом, выброшенным со спутника Юпитера Ио. 

Однако ближе к экватору на структуру верхней атмосферы планеты влияет приходящий солнечный свет. Поскольку Юпитер получает только 4% солнечного света, получаемого Землей, астрономы предсказали, что этот регион будет однородным по своей природе.

Большое красное пятно Юпитера наблюдалось с помощью спектрографа ближнего инфракрасного диапазона Уэбба (NIRSpec) в июле 2022 года с использованием возможностей прибора Integral Field Unit. Наблюдения команды Early Release Science были направлены на то, чтобы выяснить, действительно ли эта область тусклая, а область над знаменитым Большим Красным Пятном была целью наблюдений Уэбба.

Команда была удивлена, обнаружив, что в верхних слоях атмосферы есть множество сложных структур, включая темные дуги и яркие пятна, по всему полю зрения. Результаты были опубликованы в журнале Nature Astronomy.

«Мы думали, возможно, наивно, что этот регион будет очень скучным», — поделился руководитель группы Хенрик Мелин из Университета Лестера в Великобритании. «На самом деле это так же интересно, как и северное сияние, если не больше. Юпитер никогда не перестает удивлять».

Хотя свет, излучаемый этой областью, обусловлен солнечным светом, команда предполагает, что должен существовать другой механизм, изменяющий форму и структуру верхних слоев атмосферы.

«Один из способов изменить эту структуру — гравитационные волны, подобные волнам, разбивающимся о пляж, создавая рябь на песке», — объяснил Хенрик. «Эти волны генерируются глубоко в турбулентных нижних слоях атмосферы, вокруг Большого Красного Пятна, и они могут подниматься на высоту, изменяя структуру и выбросы верхних слоев атмосферы».

Команда объясняет, что эти атмосферные волны время от времени можно наблюдать на Земле. Однако они гораздо слабее, чем те, которые наблюдал на Юпитере Уэбб. Они также надеются провести последующие наблюдения Уэбба за этими сложными волновыми узорами в будущем, чтобы исследовать, как эти узоры движутся в верхних слоях атмосферы планеты, и улучшить наше понимание энергетического баланса этого региона и того, как эти характеристики меняются с течением времени.

Эти результаты могут также поддержать исследовательский аппарат ЕКА «Ледяные луны Юпитера» Juice, который был запущен 14 апреля 2023 года. Juice проведет детальные наблюдения за Юпитером и тремя его большими океанскими спутниками — Ганимедом, Каллисто и Европой — с помощью комплекса дистанционного зондирования и геофизических приборов.

Миссия позволит охарактеризовать эти спутники как планетарные объекты и возможные среды обитания, глубоко изучить сложную среду Юпитера и изучить более широкую систему Юпитера как архетип газовых гигантов во Вселенной.

Эти наблюдения были сделаны в рамках программы Early Release Science № 1373: Наблюдения ERS за системой Юпитера как демонстрация возможностей JWST в области науки о Солнечной системе.

«Это предложение ERS было написано еще в 2017 году», — поделился член команды Имке де Патер из Калифорнийского университета в Беркли. «Одной из наших целей было выяснить, почему температура над Большим Красным Пятном оказалась такой высокой, как показали недавние наблюдения с помощью инфракрасного телескопа НАСА. Однако наши новые данные показали совсем другие результаты».