Der Große Rote Fleck des Jupiter ist neben den Saturnringen mit Sicherheit eines der ikonischsten Bilder in unserem Sonnensystem. Der Große Rote Fleck und die ihn umgebenden Wolkenbänder sind mit einem Hinterhofteleskop leicht zu sehen. Aber vieles von dem, was sich hinter den Kulissen auf Jupiter abspielt, ist im Verborgenen geblieben.
Wenn das Juno Raumschiff, das in etwa einem Monat den Jupiter erreicht, werden uns einige spektakuläre Bilder von den Kameras an Bord dieses Raumschiffs geschenkt. Um uns bis dahin Appetit zu machen, haben Astronomen mit dem Karl G. Jansky Very Large Array in New Mexico eine detaillierte Radiokarte des Gasriesen erstellt. Durch die Nutzung des Zielfernrohrs, um 100 km an den Wolkenspitzen vorbei zu blicken, hat das Team eine größtenteils unerforschte Region der Jupiteratmosphäre sichtbar gemacht.
Das Forscherteam von UC Berkeley nutzte die aktualisierten Funktionen des VLA, um diese Arbeit zu erledigen. Die Sensitivität des VLA wurde um den Faktor 10 verbessert. „Diese Jupiter-Karten zeigen wirklich die Kraft der Upgrades des VLA“, sagte Bryan Butler, ein Mitglied des Teams und Astronom am National Radio Astronomy Observatory in Socorro, New Mexico.
Im Video unten wechseln zwei überlagerte Karten hin und her. Eines ist optisch und das andere ist ein Radiobild. Zusammen zeigen die beiden einen Teil der atmosphärischen Aktivität, die unter den Wolkenspitzen stattfindet.
Das Team maß die Radioemissionen des Jupiter in Wellenlängen, die durch Wolken hindurchgehen. Dadurch konnten sie 100 km (60 Meilen) tief in die Atmosphäre blicken. Dadurch konnten sie nicht nur die Menge und Tiefe von Ammoniak in der Atmosphäre bestimmen, sondern auch etwas darüber erfahren, wie Jupiter Die interne Wärmequelle des Unternehmens treibt die globale Zirkulation und die Wolkenbildung an.
„Wir haben im Wesentlichen ein dreidimensionales Bild von Ammoniakgas in der Atmosphäre des Jupiter erstellt, das Aufwärts- und Abwärtsbewegungen innerhalb der turbulenten Atmosphäre zeigt“, sagte die Hauptautorin Imke de Pater, Professorin für Astronomie an der UC Berkeley.
Diese Ergebnisse werden auch dazu beitragen, das Verhalten anderer Gasriesen zu beleuchten. Nicht nur für Saturn, Uranus und Neptun, sondern für alle entdeckten Gasriesen-Exoplaneten. de Pater sagte, dass die Karte eine auffallende Ähnlichkeit mit Bildern mit sichtbarem Licht aufweist, die von Amateurastronomen und dem Hubble-Weltraumteleskop aufgenommen wurden.
Zwei Bilder des Großen Roten Flecks. Das untere ist ein optisches Hubble-Bild, das den Spot und die bekannten wirbelnden Wolkenmuster zeigt. Das obere Bild ist eine Radiokarte derselben Region, die die Bewegung von Ammoniak bis zu 90 km unter den Wolken zeigt. Bildnachweis: Radiobild von Michael H. Wong, Imke de Pater (UC Berkeley), Robert J. Sault (Univ. Melbourne). (Optisches Bild von NASA, ESA, A.A. Simon (GSFC), M.H. Wong (UC Berkeley) und G.S. Orton (JPL-Caltech) )
In der Radiokarte sind ammoniakreiche Gase dargestellt, die aufsteigen und sich in den oberen Wolkenschichten bilden. Die Wolken sind leicht von erdgebundenen Teleskopen aus zu sehen. Es wird auch gezeigt, dass ammoniakarme Luft in die Atmosphäre des Planeten sinkt. Hotspots, die in Radio- und Wärmebildern des Jupiter hell erscheinen, sind Regionen mit weniger Ammoniak, die den Planeten nördlich des Äquators umgeben. Zwischen diesen Hotspots liefern reiche Auftriebe Ammoniak aus tieferen Schichten der Atmosphäre.
„Mit Radio können wir durch die Wolken blicken und sehen, dass diese Hotspots mit Ammoniakwolken aus der Tiefe des Planeten verflochten sind und die vertikalen Wellen eines äquatorialen Wellensystems verfolgen“, sagte der UC Berkeley-Forschungsastronom Michael Wong. Sehr schön.
„Wir sehen jetzt hohe Ammoniakwerte, wie sie von Galilei von über 100 Kilometern Tiefe, wo der Druck etwa das Achtfache des atmosphärischen Drucks der Erde beträgt, bis hin zu den Wolkenkondensationsniveaus“, sagte de Pater.
Die Raumsonde Juno ist nicht die erste, die Jupiter besucht. Galileo ging Mitte der 90er Jahre dorthin und Voyager 1 machte ein schönes Bild der Wolken auf seiner Mission. Bild: NASA
Das ist faszinierendes Zeug, und das nicht nur, weil es optisch umwerfend ist. Was dieses Team mit dem verbesserten VLA macht, passt gut zu dem, was Juno tun wird, wenn es in seiner Umlaufbahn um Jupiter aufgestellt wird. Eines der Ziele von Juno ist es, Mikrowellen zu verwenden, um den Wassergehalt in der Atmosphäre zu messen, genauso wie das VLA zur Messung von Ammoniak verwendet wurde.
Tatsächlich wird das Team den VLA wieder auf Jupiter richten, während Juno Wasser erkennt. „Karten wie unsere können dazu beitragen, ihre Daten in das Gesamtbild der Geschehnisse in der Atmosphäre des Jupiter einzubetten“, sagte de Pater.
Das Team konnte die Atmosphäre modellieren, indem es sie über den gesamten Frequenzbereich zwischen 4 und 18 Gigahertz (1,7 – 7 Zentimeter Wellenlänge) beobachtete, was es ihnen ermöglichte, die Atmosphäre sorgfältig zu modellieren, so David DeBoer, Forschungsastronom bei UC Berkeley’s Radio Astronomisches Labor.
„Wir sehen jetzt feine Strukturen im 12- bis 18-Gigahertz-Band, ähnlich wie wir im Sichtbaren sehen, insbesondere in der Nähe des Großen Roten Flecks, wo wir viele kleine lockige Merkmale sehen“, sagte Wong. „Die zeichnen dort wirklich komplexe Auf- und Abtriebsbewegungen nach.“
Die detaillierten Beobachtungen, die das Team erhalten hat, helfen auch, eine Diskrepanz bei den Ammoniakmessungen in der Jupiteratmosphäre aufzulösen. 1995 maß die Galileo-Sonde 4,5-mal so viel Ammoniak wie die Sonne, als sie durch die Atmosphäre stürzte. VLA-Messungen vor 2004 zeigten viel weniger Ammoniak.
Der Co-Autor der Studie, Robert Sault von der University of Melbourne in Australien, erklärte, wie diese neueste Bildgebung dieses Rätsel löst. „Die Rotation von Jupiter einmal alle 10 Stunden verwischt normalerweise Radiokarten, weil diese Karten viele Stunden brauchen, um sie zu beobachten. Aber wir haben eine Technik entwickelt, um dies zu verhindern und so zu vermeiden, dass die auf- und absteigenden Ammoniakströme miteinander verwechselt werden, was zu der früheren Unterschätzung geführt hatte.“
Insgesamt sind es aufregende Zeiten, um Jupiter zu studieren. Die Juno-Mission verspricht, so voller Überraschungen zu sein wie New Horizons (hoffen wir).
Universe Today hat die Juno-Mission behandelt, einschließlich einer Interview mit dem Hauptermittler Scott Bolton.
Die Arbeit des Teams wird in der Zeitschrift Science veröffentlicht. Hier .
