Hoog boven de evenaar van Jupiter raast een oost-west jetstream door de atmosfeer die van koers verandert volgens een schema dat bijna net zo voorspelbaar is als een trein in Tokio. Nutsvoorzieningen, een door NASA geleid team heeft vastgesteld welk type golf deze jet dwingt van richting te veranderen.

Soortgelijke equatoriale straalstromen zijn geïdentificeerd op Saturnus en op aarde, waar een zeldzame verstoring van het gebruikelijke windpatroon begin 2016 de weersvoorspellingen bemoeilijkte. De nieuwe studie combineert modellering van de atmosfeer van Jupiter met gedetailleerde observaties die in de loop van vijf jaar zijn gemaakt door NASA's Infrared Telescope Facility, of IRTF, op Hawaii. De bevindingen kunnen wetenschappers helpen de dynamische atmosfeer van Jupiter en andere planeten beter te begrijpen, inclusief die buiten ons zonnestelsel.

"Jupiter is veel groter dan de aarde, veel verder van de zon, draait veel sneller, en heeft een heel andere samenstelling, maar het blijkt een uitstekend laboratorium te zijn om dit equatoriale fenomeen te begrijpen, " zei Rick Cosentino, een postdoctoraal onderzoeker bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, en hoofdauteur van het artikel gepubliceerd in de Tijdschrift voor Geofysisch Onderzoek - Planeten .

De equatoriale jetstream van de aarde werd ontdekt nadat waarnemers zagen dat puin van de uitbarsting van de Krakatoa-vulkaan in 1883 door een westenwind in de stratosfeer werd meegevoerd. het gebied van de atmosfeer waar moderne vliegtuigen kruishoogte bereiken. Later, weerballonnen documenteerden een oostenwind in de stratosfeer. Wetenschappers hebben uiteindelijk vastgesteld dat deze winden regelmatig van koers veranderden en dat beide gevallen deel uitmaakten van hetzelfde fenomeen.

Het afwisselende patroon begint in de lagere stratosfeer en plant zich voort naar de grens met de troposfeer, of onderste laag van de atmosfeer. In de oostelijke fase, het wordt geassocieerd met warmere temperaturen. De westelijke fase wordt geassocieerd met koelere temperaturen. Het patroon wordt de quasi-tweejaarlijkse oscillatie van de aarde genoemd, of QBO, en een cyclus duurt ongeveer 28 maanden. De fase van de QBO lijkt het transport van ozon te beïnvloeden, waterdamp en vervuiling in de bovenste atmosfeer, evenals de productie van orkanen.

De cyclus van Jupiter wordt de quasi-vierjaarlijkse oscillatie genoemd, of QQO, en het duurt ongeveer vier aardse jaren. Saturnus heeft zijn eigen versie van het fenomeen, de quasi-periodieke oscillatie, met een duur van ongeveer 15 aardse jaren. Onderzoekers hebben een algemeen begrip van deze patronen, maar werken nog steeds uit hoeveel verschillende soorten atmosferische golven bijdragen aan het aandrijven van de oscillaties en hoe vergelijkbaar de verschijnselen op elkaar zijn.

Eerdere studies van Jupiter hadden de QQO geïdentificeerd door temperaturen in de stratosfeer te meten om de windsnelheid en -richting af te leiden. De nieuwe reeks metingen is de eerste die een volledige cyclus van de QQO omvat en een veel groter gebied van Jupiter bestrijkt. Waarnemingen strekten zich uit over een groot verticaal bereik en overspannen breedtegraden van ongeveer 40 graden noorderbreedte tot ongeveer 40 graden zuiderbreedte. Het team bereikte dit door een instrument met hoge resolutie genaamd TEXES te monteren, afkorting voor Texas Echelon Cross Echelle Spectrograph, op de IRTF.

"Deze metingen waren in staat om dunne verticale plakjes van de atmosfeer van Jupiter te onderzoeken, " zei co-auteur Amy Simon, een Goddard-wetenschapper die gespecialiseerd is in planetaire atmosferen. "Eerdere datasets hadden een lagere resolutie, dus de signalen werden in wezen uitgesmeerd over een groot deel van de atmosfeer."

Het team ontdekte dat de equatoriale straal vrij hoog reikt tot in de stratosfeer van Jupiter. Omdat de metingen zo'n groot gebied bestreken, de onderzoekers konden voorkomen dat verschillende soorten atmosferische golven een belangrijke bijdrage leveren aan de QQO, waarbij zwaartekrachtgolven de primaire drijfveer zijn. Hun model gaat ervan uit dat zwaartekrachtgolven worden geproduceerd door convectie in de lagere atmosfeer en naar de stratosfeer reizen, waar ze de QQO dwingen van richting te veranderen.

De resultaten van simulaties kwamen uitstekend overeen met de nieuwe reeks waarnemingen, wat aangeeft dat ze het mechanisme correct hebben geïdentificeerd. Op aarde, zwaartekrachtgolven worden het meest waarschijnlijk geacht verantwoordelijk te zijn voor het dwingen van de QBO om van richting te veranderen, hoewel ze niet sterk genoeg lijken te zijn om het werk alleen te doen.

"Door deze studie hebben we een beter begrip gekregen van de fysieke mechanismen die de onderste en bovenste atmosfeer in Jupiter koppelen, en dus een beter begrip van de atmosfeer als geheel, " zei Raúl Morales-Juberías, de tweede auteur op het papier en een universitair hoofddocent aan het New Mexico Institute of Mining and Technology in Socorro. "Ondanks de vele verschillen tussen de aarde en Jupiter, de koppelingsmechanismen tussen de onderste en bovenste atmosfeer van beide planeten zijn vergelijkbaar en hebben vergelijkbare effecten. Ons model zou kunnen worden toegepast om de effecten van deze mechanismen op andere planeten van het zonnestelsel en op exoplaneten te bestuderen."