Космические ученые раскрывают секрет «энергетического кризиса» Юпитера

Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, раскрыло решение «энергетического кризиса» Юпитера, который ставил астрономов в тупик на протяжении десятилетий.

Космические ученые из Университета Лестера работали с коллегами из Японского космического агентства (JAXA), Бостонского университета, Центра космических полетов имени Годдарда НАСА и Национального института информационных и коммуникационных технологий (NICT), чтобы выявить механизм, лежащий в основе нагрева атмосферы Юпитера.

Теперь, используя данные обсерватории Кека на Гавайях, астрономы создали наиболее подробную, но глобальную карту верхних слоев атмосферы газового гиганта, впервые подтвердив, что мощные полярные сияния Юпитера ответственны за нагрев всей планеты.

Доктор Джеймс О’Донохью — исследователь в JAXA, защитил докторскую диссертацию в Лестере и является ведущим автором исследовательской работы. Он сказал:

«Мы впервые начали попытки создать глобальную тепловую карту самых верхних слоев атмосферы Юпитера в университете Лестера. В то время сигнал был недостаточно ярким, чтобы выявить что-либо за пределами полярных регионов Юпитера, но с уроками, извлеченными из этой работы, нам удалось несколько лет спустя на одном из самых больших и конкурентоспособных телескопов на Земле.

«С помощью телескопа Кека мы составили карты температур с необычайной детализацией. Мы обнаружили, что температуры начинаются очень высоко в пределах полярного сияния, как и ожидалось из предыдущей работы, но теперь мы можем наблюдать это сияние Юпитера, несмотря на то, что оно занимает менее 10% площади полярного сияния. планета, кажется, нагревает все это.

«Это исследование началось в Лестере и продолжалось в Бостонском университете и НАСА, а затем завершилось в JAXA в Японии. Сотрудниками с каждого континента, работающими вместе, это исследование было успешным, в сочетании с данными космического корабля НАСА Juno на орбите вокруг Юпитера и космического корабля JAXA Hisaki, обсерватории. в космосе.»

Д-р Том Сталлард и д-р Хенрик Мелин работают в Школе физики и астрономии Лестерского университета. Доктор Сталлард добавил:

«В тонкой атмосфере на вершине каждой гигантской планеты в нашей солнечной системе существует очень давняя загадка. В каждой космической миссии Юпитера, наряду с наземными наблюдениями за последние 50 лет, мы последовательно измеряли экваториальные температуры слишком высоки.

«Этот« энергетический кризис »был давней проблемой — неужели модели не могут правильно моделировать потоки тепла от полярного сияния, или рядом с экватором есть какой-то другой неизвестный источник тепла?

«В этой статье описывается, как мы нанесли на карту эту область с беспрецедентной детализацией и показали, что на Юпитере экваториальный нагрев напрямую связан с полярным сиянием».

Полярные сияния возникают, когда заряженные частицы попадают в магнитное поле планеты. Они движутся по спирали вдоль силовых линий к магнитным полюсам планеты, ударяя по атомам и молекулам в атмосфере, высвобождая свет и энергию.

На Земле это приводит к характерному световому шоу, которое формирует Северное сияние и Австралис. На Юпитере материал, извергающийся из его вулканической луны Ио, приводит к самому мощному полярному сиянию в Солнечной системе и огромному нагреву в полярных регионах планеты.

Хотя полярные сияния Юпитера долгое время были главным кандидатом на нагрев атмосферы планеты, наблюдения ранее не могли подтвердить или опровергнуть это до сих пор.

Предыдущие карты температуры верхних слоев атмосферы были сформированы с использованием изображений, состоящих всего из нескольких пикселей. Этого разрешения недостаточно, чтобы увидеть, как температура может измениться по всей планете, что дает мало подсказок относительно происхождения дополнительного тепла.

Исследователи создали пять карт температуры атмосферы с разным пространственным разрешением, причем карта с самым высоким разрешением показывает измерение средней температуры для квадратов: два градуса долготы «высокий» и два градуса широты «широкий».

Команда исследовала более 10 000 отдельных точек данных, картируя только точки с погрешностью менее пяти процентов.

Модели атмосфер газовых гигантов предполагают, что они работают как гигантский холодильник, с тепловой энергией, оттянутой от экватора к полюсу и откладываемой в нижних слоях атмосферы в этих полюсных областях.

Эти новые открытия предполагают, что быстро меняющиеся полярные сияния могут направлять волны энергии против этого направленного к полюсу потока, позволяя теплу достигать экватора.

Наблюдения также показали область локализованного нагрева в субавроральной области, которую можно интерпретировать как ограниченную волну тепла, распространяющуюся к экватору, что можно интерпретировать как свидетельство процесса, управляющего теплопередачей.

Планетарные исследования в Университете Лестера охватывают всю систему Юпитера, от магнитосферы и атмосферы планеты до разнообразных спутников.

Исследователи из Лестера являются членами миссии Juno, состоящей из глобальной группы астрономов, наблюдающих за планетой-гигантом, и проводят наблюдения Юпитера с помощью будущего космического телескопа Джеймса Уэбба. Лестер также играет ведущую роль в науке и оборудовании спутника Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) Европейского космического агентства (ЕКА), который должен быть запущен в 2022 году.