Учёные открыли скрытые структуры над Большим Красным Пятном Юпитера с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб»

Как солнечное излучение и гравитационные волны влияют на структуру атмосферы Юпитера

Используя космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST), учёные наблюдали область над знаменитым Большим Красным Пятном Юпитера и обнаружили множество ранее невидимых особенностей. В этом регионе, который раньше считался ничем не примечательным по своей природе, находится множество сложных структур.

Юпитер — один из самых ярких объектов ночного неба, его легко увидеть в ясную ночь. Помимо яркого северного и южного сияния в полярных регионах планеты, свечение верхних слоёв атмосферы Юпитера слабое, поэтому наземным телескопам сложно различить детали в этом регионе. Однако инфракрасная чувствительность JWST позволяет учёным изучать верхние слои атмосферы Юпитера над 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 солнечное излучение. Поскольку Юпитер получает только 4% солнечного света, получаемого Землёй, астрономы предсказали, что этот регион будет однородным по своей природе.

Новые наблюдения Большого Красного Пятна на Юпитере показали, что атмосфера планеты над и печально известного шторма удивительно интересна и активна. На этой иллюстрации показан регион, наблюдаемый JWST — его местоположение на масштабе всей планеты (слева) и сам регион (справа), полученный с помощью спектрографа ближнего инфракрасного диапазона NIRSpec. Изображение NIRSpec склеено из шести изображений NIRSpec Integral Field Unit, сделанных в июле 2022 года, каждое площадью около 300 квадратных километров, и показывает инфракрасный свет, излучаемый молекулами водорода в ионосфере Юпитера. Эти молекулы лежат на высоте более 300 км над грозовыми облаками, где солнечный свет ионизирует водород и стимулирует инфракрасное излучение. На этом изображении красные цвета отображают выбросы водорода с больших высот в ионосфере планеты. Синие цвета показывают инфракрасный свет на малых высотах в атмосфере и Большое Красное Пятно. Юпитер удалён от Солнца и поэтому получает равномерный, низкий уровень солнечного излучения, а это означает, что большая часть поверхности планеты относительно тусклая в инфракрасных длинах волн, особенно по сравнению с излучением молекул вблизи полюсов, где магнитное поле Юпитера особенно сильное. Вопреки ожиданиям исследователей, что эта область будет выглядеть однородной, она содержит множество сложных структур, включая тёмные дуги и яркие пятна, по всей площади. Источник: ESA/Webb, NASA & CSA, Jupiter ERS Team, J. Schmidt, H. Melin, M. Zamani (ESA/Webb)

Большое Красное Пятно Юпитера наблюдалось с помощью спектрографа ближнего инфракрасного диапазона JWST (NIRSpec) в июле 2022 года с использованием прибора Integral Field Unit. Наблюдения команды Early Release Science были направлены на то, чтобы выяснить, действительно ли эта область непримечательная. Команда была удивлена, обнаружив, что в верхних слоях атмосферы есть множество сложных структур, включая тёмные дуги и яркие пятна. Результаты были опубликованы в журнале Nature Astronomy.

«Мы думали, что этот регион будет очень скучным. На самом деле это так же интересно, как и полярное сияние, если не больше. Юпитер не перестаёт удивлять», — поделился руководитель группы Хенрик Мелин (Henrik Melin) из Университета Лестера в Великобритании.

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. Эти волны генерируются глубоко в турбулентных нижних слоях атмосферы, вокруг Большого Красного Пятна, и они могут подниматься, изменяя структуру верхних слоёв атмосферы», — объяснил Хенрик.

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

В этом исследовании в будущем можно будет задействовать исследовательский аппарат Европейского космического агентства Juice, который был запущен 14 апреля 2023 года. Juice проведет детальные наблюдения за Юпитером и тремя его большими спутниками — Ганимедом, Каллисто и Европой — с помощью дистанционного зондирования и геофизических приборов. Миссия позволит охарактеризовать эти спутники как планетарные объекты и лучше изучить сложную среду Юпитера и более широкую систему Юпитера как архетип газовых гигантов во Вселенной.

Эти наблюдения были сделаны в рамках программы Early Release Science. «Это наблюдение ERS было запланировано ещё в 2017 году. Одной из наших целей было выяснить, почему температура над Большим Красным Пятном оказалась такой высокой, как недавние наблюдения с помощью инфракрасного телескопа NASA. Однако новые данные показали совсем другие результаты», — поделился член команды Имке де Патер (Imke de Pater) из Калифорнийского университета в Беркли.