Onderzoekers die een techniek gebruiken die bekend staat als "lucky imaging" met de Gemini North-telescoop op Maunakea in Hawaï, hebben enkele van de hoogste resolutiebeelden van Jupiter verzameld die ooit vanaf de grond zijn verkregen. Deze beelden maken deel uit van een meerjarig gezamenlijk observatieprogramma met de Hubble Space Telescope ter ondersteuning van NASA's Juno-missie. De Gemini-afbeeldingen, in combinatie met de waarnemingen van Hubble en Juno, onthullen dat de bliksem inslaat, en enkele van de grootste stormsystemen die ze creëren, worden gevormd in en rond grote convectieve cellen boven diepe wolken van waterijs en vloeistof. De nieuwe waarnemingen bevestigen ook dat donkere vlekken in de beroemde Grote Rode Vlek eigenlijk gaten in de bewolking zijn en niet het gevolg zijn van kleurvariaties in de wolken.

Drie jaar beeldvormingsobservaties met behulp van het internationale Gemini Observatorium, een programma van NSF's NOIRLab, hebben diep in de wolkentoppen van Jupiter gepeild. De ultrascherpe Gemini-infraroodbeelden vormen een aanvulling op optische en ultraviolette waarnemingen door Hubble en radiowaarnemingen door het Juno-ruimtevaartuig om nieuwe geheimen over de reuzenplaneet te onthullen.

"De Gemini-gegevens waren van cruciaal belang omdat ze ons in staat stelden om volgens een regelmatig schema diep in de wolken van Jupiter te tasten, " zei Michael Wong van UC Berkeley. "We gebruikten een zeer krachtige techniek genaamd geluksbeeldvorming, " voegt Wong eraan toe. Met een gelukkige beeldvorming, een groot aantal zeer korte belichtingsbeelden worden verkregen en alleen de scherpste beelden, wanneer de atmosfeer van de aarde even stabiel is, worden gebruikt. Het resultaat in dit geval zijn enkele van de scherpste infraroodbeelden van Jupiter die ooit vanaf de grond zijn verkregen. Volgens Wong, "Deze beelden wedijveren met het uitzicht vanuit de ruimte."

Met de Near Infrared Imager (NIRI) van Gemini North kunnen astronomen diep in de machtige stormen van Jupiter kijken, aangezien het infraroodlicht met een langere golflengte door de dunne waas kan gaan, maar wordt verduisterd door dikkere wolken hoog in de atmosfeer van Jupiter. Dit zorgt voor een "jack-o-lantern"-achtig effect in de beelden waar de warme, diepe lagen van de atmosfeer van Jupiter gloeien door gaten in het dikke wolkendek van de planeet.

De gedetailleerde, multigolflengte beeldvorming van Jupiter door Geminiand Hubble heeft, de afgelopen drie jaar, cruciaal gebleken voor het contextualiseren van de waarnemingen door de Juno-orbiter, en om de windpatronen van Jupiter te begrijpen, atmosferische golven, en cyclonen. De twee telescopen, samen met Juno, kan de atmosfeer van Jupiter waarnemen als een systeem van winden, gassen, warmte, en weersverschijnselen, biedt dekking en inzicht dat lijkt op het netwerk van weersatellieten die meteorologen gebruiken om de aarde te observeren.

Gigantische onweersbuien in kaart brengen

Op elk van zijn nauwe passages over de wolken van Jupiter, Juno detecteerde radiosignalen die werden gecreëerd door krachtige bliksemflitsen die sferics (afkorting van atmosferische invloeden) en fluiters worden genoemd (zogenaamd vanwege de fluitachtige toon die ze op radio-ontvangers veroorzaken). Wanneer mogelijk, Gemini en Hubble concentreerden zich op Jupiter en verkregen hoge resolutie, wide-area kaarten van de reuzenplaneet.

Juno's instrumenten konden de breedte- en lengtecoördinaten bepalen van clusters van sferische en fluitsignalen. Met Gemini- en Hubble-beelden op meerdere golflengten, onderzoekers kunnen nu de wolkenstructuur op deze locaties onderzoeken. Door deze drie stukjes informatie te combineren, ontdekte het onderzoeksteam dat de bliksem inslaat, en enkele van de grootste stormsystemen die ze creëren, worden gevormd in en rond grote convectieve cellen boven diepe wolken van waterijs en vloeistof.

"Wetenschappers volgen bliksem omdat het een teken is van convectie, het turbulente mengproces dat de interne warmte van Jupiter naar de zichtbare wolkentoppen transporteert, " legde Wong uit. De grootste concentratie van bliksem die Juno heeft gezien, kwam van een wervelende storm die een "filamentaire cycloon" wordt genoemd. Beeldvorming van Gemini en Hubble toont details in de cycloon, onthullend dat het een verwrongen verzameling hoge convectieve wolken is met diepe gaten die een glimp bieden van de waterwolken ver beneden.

"Voortdurende studies van bliksembronnen zullen ons helpen begrijpen hoe convectie op Jupiter verschilt van of vergelijkbaar is met convectie in de atmosfeer van de aarde, ' merkte Wong op.

Gloeiende functies in de Grote Rode Vlek

Terwijl ik de gasreus scande op gaten in de bewolking, Tweelingen zag een veelbetekenende gloed in de Grote Rode Vlek, geeft een duidelijk zicht tot diep, warmere atmosferische lagen.

"Vergelijkbare kenmerken zijn eerder gezien in de Grote Rode Vlek, " zei teamlid Glenn Orton van JPL, "maar observatie met zichtbaar licht kon geen onderscheid maken tussen donkerder wolkenmateriaal, en dunner wolkendek boven het warme binnenland van Jupiter, dus hun aard bleef een mysterie."

Nu met de gegevens van Gemini, dit mysterie is opgelost. Waar zichtbaar lichtbeelden van Hubble een donkere halve cirkel in de Grote Rode Vlek laten zien, foto's gemaakt door Gemini met infraroodlicht laten een heldere boog zien die de regio verlicht. Deze infrarood gloed, van de interne hitte van Jupiter, zou zijn geblokkeerd door dikkere wolken, maar kan onbelemmerd door de wazige atmosfeer van Jupiter gaan. Door deze functies te zien als heldere infrarood hotspots, Gemini bevestigt dat het gaten in de wolken zijn. Hoewel eerdere waarnemingen donkere kenmerken hebben gezien in de Grote Rode Vlek, de snel wervelende winden erin verborgen de ware aard van deze plekken totdat de gelijktijdige Hubble- en Gemini-waarnemingen werden uitgevoerd.

"NIRI in Gemini North is de meest effectieve manier voor de Amerikaanse en internationale Gemini-partneronderzoekers om gedetailleerde kaarten van Jupiter op deze golflengte te krijgen, " legde Wong uit. Gemini bereikte een resolutie van 500 kilometer (300 mijl) op Jupiter. "Bij deze resolutie, de telescoop zou de twee koplampen van een auto in Miami kunnen oplossen, gezien vanuit New York, " zei Andrew Stephens, de Gemini-astronoom die de waarnemingen leidde.

"Deze gecoördineerde waarnemingen bewijzen eens te meer dat baanbrekende astronomie mogelijk wordt gemaakt door de mogelijkheden van de Gemini-telescopen te combineren met complementaire grond- en ruimtefaciliteiten, " zei Maarten Still, een programmadirecteur astronomie bij de National Science Foundation, dat is het Amerikaanse financieringsagentschap van Gemini. "Het internationale Gemini Partnership biedt open toegang tot een krachtige combinatie van het verzamelgebied van grote telescopen, flexibele planning, en een brede selectie van verwisselbare instrumenten."