Nieuw onderzoek gepubliceerd in Natuur heeft de oplossing voor Jupiters 'energiecrisis' onthuld, die astronomen al tientallen jaren in verwarring brengt.

Ruimtewetenschappers van de Universiteit van Leicester werkten samen met collega's van het Japanse ruimteagentschap (JAXA), De Universiteit van Boston, NASA's Goddard Space Flight Center en het National Institute of Information and Communications Technology (NICT) om het mechanisme achter de atmosferische verwarming van Jupiter te onthullen.

Nutsvoorzieningen, met behulp van gegevens van het Keck Observatory in Hawai'i, astronomen hebben de meest gedetailleerde maar globale kaart gemaakt van de bovenste atmosfeer van de gasreus, voor de eerste keer bevestigend dat de krachtige aurorae van Jupiter verantwoordelijk zijn voor het leveren van opwarming over de hele planeet.

Dr. James O'Donoghue is een onderzoeker bij JAXA en voltooide zijn Ph.D. in Leicester, en is hoofdauteur van het onderzoekspaper. Hij zei:

"We begonnen eerst te proberen een wereldwijde hittekaart te maken van de bovenste atmosfeer van Jupiter aan de Universiteit van Leicester. Het signaal was op dat moment niet helder genoeg om iets buiten de poolgebieden van Jupiter te onthullen, maar met de lessen die uit dat werk zijn getrokken, zijn we erin geslaagd tijd te winnen op een van de grootste, meest concurrerende telescopen op aarde enkele jaren later.

"Met behulp van de Keck-telescoop hebben we temperatuurkaarten met buitengewoon detail gemaakt. We ontdekten dat de temperaturen erg hoog beginnen in de aurora, zoals verwacht van eerder werk, maar nu konden we de aurora van Jupiter waarnemen, ondanks dat het minder dan 10% van het oppervlak van de planeet inneemt, lijkt het geheel te verwarmen.

"Dit onderzoek begon in Leicester en ging door aan de Boston University en NASA voordat het eindigde bij JAXA in Japan. Medewerkers van elk continent die samenwerkten, maakten deze studie succesvol, gecombineerd met gegevens van NASA's Juno-ruimtevaartuig in een baan rond Jupiter en JAXA's Hisaki-ruimtevaartuig, een observatorium in de ruimte."

Dr. Tom Stallard en Dr. Henrik Melin maken beide deel uit van de School of Physics and Astronomy van de University of Leicester. Dr. Stalind voegde toe:

"Er is een zeer lang bestaande puzzel geweest in de dunne atmosfeer aan de top van elke reuzenplaneet in ons zonnestelsel. Bij elke Jupiter-ruimtemissie, samen met waarnemingen op de grond, de afgelopen 50 jaar, we hebben de equatoriale temperaturen consequent als veel te warm gemeten.

"Deze 'energiecrisis' is een al lang bestaand probleem - slagen de modellen er niet in om goed te modelleren hoe warmte uit de aurora stroomt, of is er een andere onbekende warmtebron in de buurt van de evenaar?

"Dit document beschrijft hoe we deze regio in ongekend detail in kaart hebben gebracht en hebben aangetoond dat, bij Jupiter, de equatoriale verwarming is direct geassocieerd met auroral verwarming."

Aurorae treden op wanneer geladen deeltjes worden gevangen in het magnetische veld van een planeet. Deze spiralen langs de veldlijnen naar de magnetische polen van de planeet, opvallende atomen en moleculen in de atmosfeer om licht en energie vrij te maken.

Op aarde, dit leidt tot de karakteristieke lichtshow die de Aurora Borealis en Australis vormt. Bij Jupiter, het materiaal dat uit zijn vulkanische maan spuugt, Io, leidt tot de krachtigste aurora in het zonnestelsel en enorme opwarming in de poolgebieden van de planeet.

Hoewel de Jupiter-aurorae lange tijd een uitstekende kandidaat zijn geweest voor het verwarmen van de atmosfeer van de planeet, waarnemingen hebben dit tot nu toe niet kunnen bevestigen of ontkennen.

Eerdere kaarten van de bovenste atmosferische temperatuur werden gevormd met afbeeldingen die uit slechts enkele pixels bestonden. Dit is niet genoeg resolutie om te zien hoe de temperatuur over de hele planeet kan veranderen, geeft weinig aanwijzingen over de oorsprong van de extra warmte.

Onderzoekers maakten vijf kaarten van de atmosferische temperatuur met verschillende ruimtelijke resoluties, met de kaart met de hoogste resolutie die een gemiddelde temperatuurmeting toont voor vierkanten van twee graden lengtegraad 'hoog' bij twee graden breedtegraad 'breed'.

Het team schuurde meer dan 10, 000 individuele datapunten, alleen punten in kaart brengen met een onzekerheid van minder dan vijf procent.

Modellen van de atmosfeer van gasreuzen suggereren dat ze werken als een gigantische koelkast, met warmte-energie die van de evenaar naar de pool wordt getrokken, en afgezet in de lagere atmosfeer in deze poolgebieden.

Deze nieuwe bevindingen suggereren dat snel veranderende aurorae golven van energie kunnen aandrijven tegen deze poolwaartse stroom, waardoor warmte de evenaar kan bereiken.

Waarnemingen toonden ook een gebied van gelokaliseerde verwarming in het sub-aurorale gebied dat kan worden geïnterpreteerd als een beperkte golf van warmte die zich langs de evenaar voortplant, wat kan worden geïnterpreteerd als bewijs van het proces dat warmteoverdracht aanstuurt.

Planetair onderzoek aan de Universiteit van Leicester bestrijkt de breedte van het Joviaanse systeem, van de magnetosfeer en atmosfeer van de planeet, naar zijn gevarieerde verzameling satellieten.