Изображение Юпитера, полученное космическим кораблем НАСА «Юнона» в феврале 2022 года. Темное пятно — это тень спутника Ганимеда. Красочные узоры образуются облаками на разных высотах и состоят в основном из аммиачного льда, гидросульфида аммония и воды. Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех/SwRI/MSSS. Обработка изображений Томасом Томопулосом
Впервые прибор для поиска планет, находящихся на расстоянии нескольких световых лет, был использован на объекте Солнечной системы в исследовании ветров Юпитера.
Мы находимся в то время, когда обнаружение планет, вращающихся вокруг другой звезды, стало почти обычным явлением, и уже зарегистрировано более 5000. Первыми далекими мирами, включенными в этот список, были в основном планеты-гиганты, похожие на Юпитер и Сатурн, но во многом отличающиеся от них.
Астрофизики уже начали получать данные об атмосферах экзопланет, но на фундаментальные вопросы об атмосфере самой большой планеты Солнечной системы еще предстоит ответить. Чтобы понять, что происходит в облаках и слоях воздуха Юпитера, необходимо изучать это во времени в ходе непрерывных наблюдений.
Впервые инструмент, разработанный для поиска и анализа экзопланет, находящихся на расстоянии нескольких световых лет, был направлен на цель в Солнечной системе, находящуюся в 43 световых минутах от Земли: планету Юпитер.
Исследователи из Института астрофизики и космических наук (IA) факультета наук Лиссабонского университета (Португалия) (Ciências ULisboa) использовали спектрограф ESPRESSO, установленный на телескопе VLT Европейской южной обсерватории (ESO), для измерения скорости ветра. на Юпитере. Результаты теперь опубликованы в журнале Universe.
Метод, разработанный командой, называется доплеровской велосиметрией и основан на отражении видимого света Солнца облаками в атмосфере целевой планеты. Этот отраженный свет искривляется по длине волны пропорционально скорости, с которой облака движутся относительно телескопа на Земле. Это дает мгновенную скорость ветра в наблюдаемой точке.
Метод, который сейчас используется с ESPRESSO, был разработан исследовательской группой Planetary Systems IA вместе с другими спектрографами для изучения атмосферы Венеры. Исследователи измеряли ветры на соседней планете и в течение нескольких лет вносили свой вклад в моделирование ее общей атмосферы.
Исследовательское применение этого метода с помощью инструмента «высшего класса», такого как ESPRESSO, привело к успеху, который открывает новые горизонты для познания нашего космического окружения. Эта работа подтверждает возможность систематического мониторинга самых отдаленных атмосфер газообразных планет.
В течение пяти часов в июле 2019 года команда направляла телескоп VLT на экваториальную зону Юпитера, где легкие облака расположены на большей высоте, а также на северный и южный экваториальные пояса этой планеты, которые соответствуют нисходящему воздуху и которые он образует полосы темных, более теплых облаков в более глубоких слоях атмосферы.
Пульт управления спектрографом ЭСПРЕССО во время наблюдения Юпитера с помощью одного из телескопов VLT в обсерватории Паранал в Чили. Фото: Педро Мачадо.
«Атмосфера Юпитера, на уровне видимых с Земли облаков, содержит аммиак, гидросульфид аммония и воду, которые образуют отчетливые красные и белые полосы», — говорит Педро Мачадо из IA и Ciências ULisboa. «Верхние облака, расположенные в Зона давления от 0,6 до 0,9 бар, состоят из аммиачного льда. Водяные облака образуют самый плотный, нижний слой и оказывают сильнейшее влияние на динамику атмосферы», — добавляет исследователь.
С помощью ESPRESSO команде удалось измерить скорость ветра на Юпитере от 60 до 428 км/ч с погрешностью менее 36 км/ч. Эти наблюдения, примененные к газообразной планете с помощью инструмента высокого разрешения, имеют свои проблемы: «Одна из трудностей заключалась в «навигации» по диску Юпитера, то есть в точном знании, на какую точку диска планеты мы указывали, из-за с огромным разрешением телескопа VLT», — объясняет Педро Мачадо.
«В самом исследовании сложность была связана с тем, что мы определяли ветры с точностью до нескольких метров в секунду, когда вращение Юпитера на экваторе составляет порядка десяти километров в секунду и, что усложняет дело, потому что газообразная планета, а не твердое тело, она вращается с разной скоростью в зависимости от широты точки, которую мы наблюдаем», — добавляет исследователь.
Чтобы проверить эффективность доплеровской скорости с помощью телескопов на Земле при измерении ветра на Юпитере, команда также собрала измерения, полученные в прошлом, чтобы сравнить результаты. Большая часть существующих данных была собрана с помощью космических инструментов и с использованием другого метода, который заключается в получении средних значений скорости ветра путем отслеживания структуры облаков на изображениях, снятых в близлежащие моменты времени.
Согласованность этой истории со значениями, измеренными в опубликованном исследовании, подтверждает возможность применения доплеровской скорости в программе мониторинга ветров Юпитера с Земли.
Мониторинг позволит исследовательской группе собрать данные о том, как ветры меняются с течением времени, и будет иметь важное значение для разработки надежной модели глобальной циркуляции атмосферы Юпитера.
Эта вычислительная модель должна воспроизвести различия в ветрах в зависимости от широты и штормы Юпитера, чтобы помочь понять причины атмосферных явлений, которые мы наблюдаем на этой планете. И наоборот, модель поможет подготовить будущие наблюдения с помощью информации о давлении и высоте облаков в прицеле телескопа.
Команда намерена расширить наблюдения с помощью ESPRESSO, чтобы расширить охват диска планеты Юпитер, а также временно собирать данные о ветре на протяжении всего периода вращения планеты, который составляет почти 10 часов. Ограничение наблюдений определенными диапазонами длин волн также позволит измерять скорость ветра на разных высотах и получать таким образом информацию о вертикальном переносе слоев воздуха.
Как только технология будет освоена для самой большой планеты Солнечной системы, команда надеется применить ее к атмосферам других газообразных планет, а следующей целью станет Сатурн.
Успех этих наблюдений с помощью ESPRESSO оказывается важным в то время, когда его преемник ANDES разрабатывается для будущего Чрезвычайно Большого Телескопа (ELT), также находящегося в ESO и в настоящее время строящегося в Чили, а также для будущей миссии JUICE. от Европейского космического агентства, посвященный Юпитеру и который предоставит дополнительные данные.
Информация от: Лиссабонским университетом
