Lehdistötiedote

Jupiterissa on ensimmäistä kertaa mitattu voimakkaita stratosfäärin tuulia

18. maaliskuuta 2021

Tähtitieteilijät ovat Atacama Large Millimeter/submillimeter array (ALMA) radioteleskooppiverkoston avulla ensimmäistä kertaa havainneet suoraan erittäin voimakkaita tuulia Jupiterin keskimmäisessä osassa ilmakehää. Analysoimalla 1990-luvulla tapahtuneen komeetan törmäyksen aiheuttamia muutoksia tutkijat ovat paljastaneet ilmakehässä olevat uskomattoman voimakkaat tuulet, joiden nopeus on jopa 1450 kilometriä tunnissa Jupiterin napojen lähellä. Tutkimusryhmä on luonnehtinut näitä ”aurinkokuntamme ainutlaatuiseksi meteorologiseksi pedoksi”. Euroopan eteläinen observatorio (ESO) on yksi ALMA:n yhteistyökumppaneista.

Jupiter on kuuluisa omintakeisista punaisista ja valkoisista vöistään ja vyöhykkeistään, jotka ovat pyöriviä liikkuvan kaasun pilviä, joita tähtitieteilijät perinteisesti käyttävät seurakseen Jupiterin alemmassa ilmakehässä olevia tuulia. Tähtitieteilijät ovat myös nähneet Jupiterin napojen lähellä elävää loistetta, jotka ovat Jupiterin revontulia, ja ne liittyvät planeetan yläilmakehän voimakkaisiin tuuliin. Tähän saakka tutkijat eivät olleet koskaan pystyneet mittaamaan näiden kahden ilmakehän kerroksen välissä, eli stratosfäärissä olevia tuulia.

Tuulennopeuksien mittaaminen Jupiterin stratosfäärissä pilvenseurantatekniikoilla on mahdotonta, koska tässä ilmakehän osassa ei ole pilviä. Tähtitieteilijöille annettiin kuitenkin toinen mittaamiskeino komeetta Shoemaker–Levy 9:n mukana. Se törmäsi kaasujättiläiseen näyttävästi vuonna 1994. Tämä tärmäys muodosti uusia molekyylejä Jupiterin stratosfäärissä, jossa ne ovat liikkuneet tuulten mukana siitä lähtien.

Ranskan Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux'n Thibault Cavalién johtama tähtitieteilijäryhmä on nyt jäljittänyt yhtä näistä molekyyleistä. He ovat seuranneet vetysyanidin kulkeutumista ilmakehässä mitatakseen suoraan Jupiterin stratosfäärissä ilmeneviä "suihkuja”. Tutkijat käyttävät ”suihku”-sanaa viittaamaan ilmakehässä oleviin kapeisiin tuulivyöhykkeisiin, kuten suihkuvirtauksiin Maassa.

”Näyttävin tulos on voimakkaiden suihkujen läsnäolo, joiden nopeudet ovat jopa 400 metriä sekunnissa. Suihkut sijaitsevat revontulien alapuolella napojen lähellä”, Cavalié sanoi. Nämä tuulennopeudet, jotka vastaavat noin 1450 kilometriä tunnissa, ovat yli kaksi kertaa suurempia kuin Jupiterin suuressa punaisessa pisteessä havaitut maksimimyrskynopeudet ja arvo on yli kolminkertainen Maan voimakkaimmilla tornadoilla mitattuihin tuulennopeuksiin verrattuna.

”Havaintomme osoittavat, että nämä suihkut voivat käyttäytyä jättimäisen pyörteen tavoin, jonka läpimitta on jopa neljä kertaa Maan kokoinen ja korkeudeltaan noin 900 kilometriä”, toinen tutkimuksen kirjoittajista Bilal Benmahi, myös Laboratoire d'Astrophysique de Bordeauxsta, sanoi. ”Näin suuri pyörre olisi aurinkokunnassamme ainutlaatuinen meteorologinen hirviö”, Cavalié lisäsi.

Tähtitieteilijät olivat tietoisia Jupiterin napojen lähellä olevista voimakkaista tuulista, mutta tunnetut tuulet tapahtuvat paljon ylempänä ilmakehässä satoja kilometrejä tämän tutkimuksen alueen yläpuolella. Uusi tutkimus julkaistaan tänään Astronomy & Astrophysics -lehdessä. Aiemmissa tutkimuksissa ennustettiin, että näiden yläilmakehän tuulien nopeudet vähenisivät ja ne katoaisivat paljon ennen kuin mentäisiin stratosfäärin syvyyteen. ”Uusi ALMA-data kertoo kuitenkin juuri päinvastoin”, Cavalié sanoi lisäten, että näiden voimakkaiden stratosfääristen tuulten löytäminen Jupiterin napojen läheltä oli ”todellinen yllätys”.

Ryhmä käytti 42:ta ALMA:n 66:sta korkean tarkkuuden antennista, jotka sijaitsevat Atacaman autiomaassa Pohjois-Chilessä. He havaitsivat ALMA:n avulla vetysyanidimolekyylejä, jotka ovat liikkuneet Jupiterin stratosfäärissä Shoemaker—Levy 9:n törmäyksestä lähtien. ALMA-havaintojen avulla he pystyivät mittaamaan Dopplerin-siirtymiä, jotka ovat pieniä planeetan tuulista johtuvia molekyylien lähettämän säteilyn taajuusmuutoksia. ”Mittaamalla tätä siirtymää pystyimme päättelemään tuulten nopeuksia aivan kuten voisimme päätellä ohikulkevan junan nopeuden junapillin äänen taajuusmuutoksia kuuntelemalla”, tutkimuksen toinen kirjoittaja Vincent Hue, joka on yhdysvaltalaisen Southwest Research Instituutin planeettatutkija, sanoi.

Yllättävien napatuulten lisäksi tutkimusryhmä käytti ALMA:a myös varmentaakseen voimakkaiden stratosfäärituulten olemassaolon planeetan päiväntasaajalla mittaamalla suoraan niiden nopeutta, mikä tapahtui myös ensimmäistä kertaa. Tässä osassa planeettaa havaittujen suihkujen keskinopeudet ovat noin 600 kilometriä tunnissa.

Stratosfäärin tuulten jäljittämiseen vaadittavat ALMA-havainnot sekä Jupiterin navoilla että päiväntasaajalla kestivät alle 30 minuuttia. ”Se, että erotimme todella tarkkoja yksityiskohtia tässä lyhyessä ajassa, osoittavat todellakin ALMA-havaintojen tehokkuuden”, Thomas Greathouse, yhdysvaltalaisen Southwest Research Institute -tutkimuslaitoksen tutkija ja tutkimuksen toinen kirjoittajista sanoi. ”Minusta on hämmästyttävää nähdä näiden tuulten ensimmäiset suorat mittaukset.”

”Nämä ALMA:n tulokset avaavat uuden ikkunan Jupiterin revontulialueiden tutkimiselle, mikä oli todella odottamatonta vielä muutama kuukausi sitten”, Cavalié sanoi. ”Havainnot luovat pohjan vastaaville, mutta vielä laajemmille mittauksille, jotka on tarkoitus tehdä JUICE-sateliitin avulla käyttäen sen 'Submillimetre Wave'-instrumenttia”, Greathouse lisäsi viitaten Euroopan avaruusjärjestön JUpiter ICy moons Exploreriin, jonka laukaisua avaruuteen odotetaan ensi vuonna.

ESO:n maanpinnalla havaintoja tekevä äärimmäisen suuri teleskooppi (ELT) aloittaa toimintansa myöhemmin tällä vuosikymmenellä, ja se tulee tutkimaan myös Jupiteria. Teleskooppi pystyy tekemään erittäin yksityiskohtaisia havaintoja planeetan revontulista, antaen meille lisää tietoa Jupiterin ilmakehästä.

Lisätietoa

Tämä tutkimus on esitelty artikkelissa: "First direct measurement of auroral and equatorial jets in the stratosphere of Jupiter", joka on julkaistu tänään Astronomy & Astrophysics (doi: 10.1051/0004-6361/202140330) julkaisussa.

Tutkimusryhmässä mukana olivat: T. Cavalié (Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux [LAB], Ranska, ja LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University [LESIA], Ranska), B. Benmahi (LAB), V. Hue (Southwest Research Institute [SwRI], USA), R. Moreno (LESIA), E. Lellouch (LESIA), T. Fouchet (LESIA), P. Hartogh (Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung [MPS], Saksa), L. Rezac (MPS), T. K. Greathouse (SwRI), G. R. Gladstone (SwRI), J. A. Sinclair (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, USA), M. Dobrijevic (LAB), F. Billebaud (LAB) ja C. Jarchow (MPS).

ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja ylivoimaisesti maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 16 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Irlanti, Portugali, Puola, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta, joiden lisäksi Chile toimii laitteistojen sijoitusmaana ja Australia strategisena kumppanina. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten havaintovälineiden suunnitteluun, rakentamiseen ja käyttöön. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä merkittäviä tieteellisiä löytöjä. ESO:lla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen kansainvälisen yhteistyön edistämisessä ja organisoinnissa. ESO:lla on Chilessä kolme ainutlaatuista huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESO:lla on Paranalilla VLT-teleskooppi (Very Large Telescope) ja siihen liittyvä, maailmanlaajuisesti johtava VLTI-interferometri, sekä kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja VST-teleskooppi näkyvän valon aallonpituuksilla. Paranalilla ESO tulee myös hallinnoimaan ja operoimaan eteläistä Tšerenkov-teleskooppien verkostoa (Cherenkov Telescope Array South), joka on maailman suurin ja herkin gammasäteilyä havainnoiva observatorio. ESO on myös merkittävä kumppani kahdessa Chajnantorin laitteistossa, APEX-teleskoopissa ja ALMA-teleskoopissa, joka on maailman suurin tähtitieteellinen projekti. Lähellä Paranalia sijaitsevalla Cerro Armazonesilla ESO rakentaa 39-metrin kokoista ELT-teleskooppia (Extremely Large Telescope), josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

ALMA (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) on kansainvälinen tähtitieteen tutkimusyksikkö, joka on ESO:n, Yhdysvaltain kansallisen tiedesäätiön NSF:n ja Japanin kansallisten luonnontiedeinstituuttien NINS:n välinen kumppanuushanke yhteistyössä Chilen tasavallan kanssa. ALMA:a rahoittavat Euroopassa sen jäsenmaiden puolesta Euroopan eteläinen observatorio (ESO), Pohjois-Amerikassa (NSF) yhteistyössä Kanadan kansallisen tutkimusneuvoston (NRC) ja Taiwanin kansallisen tiedeneuvoston (NSC) kanssa sekä Itä-Aasiassa  yhteistyössä Taiwanin Academia Sinican (AS) ja Korean tähtitieteen ja avaruustieteiden instituutin (KASI) kanssa. ALMA:n rakentamista ja toimintaa ohjaa sen jäsenmaiden puolesta ESO, Pohjois-Amerikan osalta Kansallinen radiotähtitieteen observatorio (NRAO), jota hallinnoi Associated Universities, Inc. (AUI), ja Itä-Aasian osalta Japanin Kansallinen tähtitieteellinen observatorio (NAOJ). Yhteinen ALMA-observatorio (JAO) huolehtii ALMA:n rakentamisen, kokoonpanon ja operaation yhtenäisestä johdosta ja hallinnoinnista.

Linkit

• Tutkimusartikkeli
• ALMA:n kuvia
• Tutkija, onko sinulla kerrottavaa? Pitchaa oma tutkimuksesi!

Yhteystiedot

Thibault Cavalié
Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux
Bordeaux, France
Puh.: +33 (0)5 40 00 32 71
Sähköposti: thibault.cavalie@u-bordeaux.fr

Bilal Benmahi
Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux
Bordeaux, France
Puh.: +33 (0)5 40 00 32 76
Sähköposti: bilal.benmahi@u-bordeaux.fr

Vincent Hue
Southwest Research Institute
San Antonio, TX, USA
Puh.: +1 (210) 522-5027
Sähköposti: vhue@swri.org

Thomas Greathouse
Southwest Research Institute
San Antonio, TX, USA
Puh.: +1 (210) 522-2809
Sähköposti: tgreathouse@swri.edu

Suzanna Randall (astronomer who did not participate in the study; contact for external comment and questions on ALMA)
European Southern Observatory
Garching bei München, Germany
Sähköposti: srandall@eso.org

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6670
Matkapuhelin: +49 151 241 664 00
Sähköposti: press@eso.org

Pasi Nurmi (Lehdistön yhteyshenkilö Suomi)
ESO Science Outreach Network ja University of Turku
Turku, Finland
Puh.: +358 29 4504 358
Sähköposti: eson-finland@eso.org

Connect with ESO on social media