Met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), waarin de European Southern Observatory (ESO) een partner is, een team van astronomen heeft voor het eerst direct de wind in de middelste atmosfeer van Jupiter gemeten. Door de nasleep van een komeetbotsing uit de jaren negentig te analyseren, de onderzoekers hebben ongelooflijk krachtige winden onthuld, met snelheden tot 1450 kilometer per uur, nabij de polen van Jupiter. Ze zouden kunnen vertegenwoordigen wat het team heeft beschreven als een 'uniek meteorologisch beest in ons zonnestelsel'.

Jupiter staat bekend om zijn kenmerkende rode en witte banden, wervelende wolken van bewegend gas die astronomen traditioneel gebruiken om winden in de lagere atmosfeer van Jupiter te volgen. Astronomen hebben ook gezien, in de buurt van de polen van Jupiter, de levendige gloed bekend als aurorae, die lijken te worden geassocieerd met sterke winden in de bovenste atmosfeer van de planeet. Maar tot nu toe, onderzoekers hadden nooit direct windpatronen kunnen meten tussen deze twee atmosferische lagen, in de stratosfeer.

Het meten van windsnelheden in de stratosfeer van Jupiter met behulp van cloud-tracking-technieken is onmogelijk vanwege de afwezigheid van wolken in dit deel van de atmosfeer. Echter, astronomen kregen een alternatief meethulpmiddel in de vorm van komeet Shoemaker-Levy 9 , die in 1994 op spectaculaire wijze in botsing kwam met de gasreus. Deze inslag produceerde nieuwe moleculen in de stratosfeer van Jupiter, waar ze sindsdien met de wind meebewegen.

Een team van astronomen, onder leiding van Thibault Cavalié van het Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux in Frankrijk, hebben nu een van deze moleculen - waterstofcyanide - gevolgd om stratosferische jets op Jupiter direct te meten. Wetenschappers gebruiken het woord "jets" om te verwijzen naar smalle windbanden in de atmosfeer, zoals de jetstreams van de aarde.

"Het meest spectaculaire resultaat is de aanwezigheid van sterke jets, met snelheden tot 400 meter per seconde, die zich onder de aurorae bij de polen bevinden, " zegt Cavalié. Deze windsnelheden, gelijk aan ongeveer 1450 kilometer per uur, zijn meer dan twee keer de maximale stormsnelheden bereikt in Jupiter's Grote Rode Vlek en meer dan drie keer de windsnelheid gemeten op aarde's sterkste tornado's.

"Onze detectie geeft aan dat deze jets zich kunnen gedragen als een gigantische draaikolk met een diameter tot vier keer die van de aarde, en zo'n 900 kilometer hoog, " legt co-auteur Bilal Benmahi uit, ook van het Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux. "Een draaikolk van deze grootte zou een uniek meteorologisch beest in ons zonnestelsel zijn, " voegt Cavalie toe.

Astronomen waren zich bewust van sterke winden nabij de polen van Jupiter, maar veel hoger in de atmosfeer, honderden kilometers boven het focusgebied van de nieuwe studie, die vandaag wordt gepubliceerd in Astronomie en astrofysica . Eerdere studies voorspelden dat deze winden in de bovenste atmosfeer in snelheid zouden afnemen en verdwijnen voordat ze zo diep als de stratosfeer zouden reiken. "De nieuwe ALMA-gegevens vertellen ons het tegendeel, " zegt Cavalie, eraan toevoegend dat het vinden van deze sterke stratosferische winden nabij de polen van Jupiter een 'echte verrassing' was.

Het team gebruikte 42 van de 66 uiterst nauwkeurige antennes van ALMA, gelegen in de Atacama-woestijn in het noorden van Chili, om de waterstofcyanidemoleculen te analyseren die zich sinds de inslag van Shoemaker-Levy 9 in de stratosfeer van Jupiter hebben verplaatst. Met de ALMA-gegevens konden ze de Dopplerverschuiving meten - kleine veranderingen in de frequentie van de straling die door de moleculen wordt uitgezonden - veroorzaakt door de winden in dit deel van de planeet. "Door deze verschuiving te meten, we waren in staat om de snelheid van de wind af te leiden zoals men de snelheid van een passerende trein zou kunnen afleiden door de verandering in de frequentie van het treinfluitje, " legt studie co-auteur Vincent Hue uit, een planetaire wetenschapper aan het Southwest Research Institute in de VS.

Naast de verrassende poolwinden, het team gebruikte ALMA ook om het bestaan ​​van sterke stratosferische winden rond de evenaar van de planeet te bevestigen, door hun snelheid direct te meten, ook voor de eerste keer. De jets die in dit deel van de planeet zijn gespot, hebben een gemiddelde snelheid van ongeveer 600 kilometer per uur.

De ALMA-waarnemingen die nodig waren om stratosferische winden in zowel de polen als de evenaar van Jupiter te volgen, namen minder dan 30 minuten telescooptijd in beslag. "De hoge detailniveaus die we in deze korte tijd hebben bereikt, tonen echt de kracht van de ALMA-waarnemingen, " zegt Thomas Groothuis, een wetenschapper aan het Southwest Research Institute in de VS en co-auteur van de studie. "Het is verbazingwekkend voor mij om de eerste directe meting van deze winden te zien."

"Deze ALMA-resultaten openen een nieuw venster voor de studie van de poollichtgebieden van Jupiter, wat een paar maanden geleden echt onverwacht was, ", zegt Cavalié. "Ze hebben ook de weg geëffend voor soortgelijke, maar uitgebreidere metingen die door de JUICE-missie en zijn Submillimeter Wave Instrument moeten worden uitgevoerd, "Groothuis voegt toe, verwijzend naar de JUpiter ICy moons Explorer van de European Space Agency, die naar verwachting volgend jaar in de ruimte zal worden gelanceerd.

Dit onderzoek wordt gepresenteerd in het artikel "Eerste directe meting van aurorale en equatoriale jets in de stratosfeer van Jupiter", vandaag gepubliceerd in Astronomie en astrofysica .