Vědci poprvé změřili rychlost proudění ve stratosféře planety Jupiter

Na základě studia chemických pozůstatků po dopadu komety do atmosféry planety na začátku 90. let 20. století vědci zjistili, že se v této vrstvě atmosféry Jupiteru vyskytuje extrémně silné proudění, jehož rychlost v blízkosti pólů dosahuje až 1 450 km za hodinu. Ve Sluneční soustavě se tak jedná o zcela unikátní extrémní meteorologický systém.

Planeta Jupiter je známá svými bílými a červenohnědými pásy – vířícími oblaky pohybujícího se plynu, který astronomové tradičně používají ke zkoumání proudění větru v nižších vrstvách jeho atmosféry.

Související

Petr Sýkora

Supermasivní černá díra o hmotnosti tří milionů…

Radek Chlup

Na Mezinárodní vesmírné stanici byly objeveny tři…

Poblíž pólů planety astronomové pozorují nápadně jasné zářící struktury, polární záře, které jsou, zdá se, určitým způsobem spojeny se silným větrem vanoucím také v horních vrstvách atmosféry. Ale až dosud vědci nebyli schopni přesně měřit charakteristiky proudění v pásmu ležícím mezi těmito dvěma vrstvami, tedy ve stratosféře Jupiteru.

Měření rychlosti proudění ve stratosféře planety Jupiter pomocí sledování pohybu oblaků není možné, protože se v této vrstvě atmosféry oblačnost nevyskytuje. Alternativní prostředek ke zkoumání tohoto problému ale astronomové získali díky kometě Shoemaker–Levy 9, která do atmosféry planety Jupiter dopadla v roce 1994. Při impaktu vznikly ve stratosféře molekuly nových látek, které jsou od té doby unášeny prouděním.

Thibault Cavalié (Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux ve Francii) a jeho tým se pokusili jednu z těchto sloučenin – kyanovodík – použít k proměření tryskového proudění ve stratosféře Jupiteru. Vědci pro tento fenomén používají označení slovo ‚jet‘, aby zdůraznili strukturu úzkých pásů ve stratosféře Jupiteru připomínající tryskové proudění v atmosféře Země.

„Nejpůsobivějším výsledkem je nalezení silných jetů s rychlostí proudění až 400 metrů za sekundu, které se vyskytují pod polárními zářemi v blízkosti pólů,“ říká Thibault Cavalié. Taková rychlost větru – tedy asi 1 450 km/h – více než dvakrát převyšuje maximální rychlost, jakou proudění dosahuje ve slavné Velké rudé skvrně, a je asi třikrát vyšší než v nejsilnějších tornádech na Zemi.    

„Naše pozorování ukazují, že tyto jety se mohou chovat podobně jako obří vír o průměru až čtyřikrát převyšujícím rozměry Země a výšce nějakých 900 kilometrů,“ vysvětluje spoluautor práce Bilal Benmahi (Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux). „Vír takových rozměrů je z hlediska meteorologie ve Sluneční soustavě něco mimořádného,“ dodává Thibault Cavalié.  

Silného větru v okolí pólů Jupiteru si členové týmu byli vědomi, ale jednalo se o pásmo ležící mnohem výše v atmosféře, stovky kilometrů nad oblastí, na kterou se zaměřila tato studie publikovaná ve vědeckém časopise Astronomy & Astrophysics. Předchozí práce předpověděly, že tyto výškové větry by mohly slábnout a úplně zaniknout dříve, než sestoupí dostatečně hluboko až do stratosféry. „Nová data získaná pomocí ALMA nám však ukazují opak,“ upozorňuje Thibault Cavalié, a dodává, že nalezení takto silného stratosférického proudění poblíž pólů Jupiteru je skutečným překvapením.  

Astronomové použili 42 z celkového počtu 66 antén radioteleskopu ALMA pracujícího v poušti Atacama v severním Chile a analyzovali pohyb molekul kyanovodíku, které v atmosféře Jupiteru zanechala srážka s kometou Shoemaker–Levy 9.

Data získaná pomocí ALMA jim umožnila změřit Dopplerův posun – malé změny frekvence (vlnové délky) záření emitovaného molekulami – způsobený rychlým prouděním větru v této oblasti atmosféry planety. „Měřením tohoto posunu jsme byli schopni odvodit rychlost proudění větru podobně, jako je možné změřit rychlost projíždějícího vlaku na základě změny frekvence jeho houkání,“ vysvětluje další spoluautor práce Vincent Hue (Southwest Research Institute).     

Kromě nalezení překvapivě silných polárních větrů se členům týmu na základě dat z ALMA podařilo také potvrdit existenci silného stratosférického proudění kolem rovníku planety a to (rovněž poprvé) přímým měřením jeho rychlosti. Tryskové proudění v této části atmosféry Jupiteru v průměru dosahuje rychlosti 600 kilometrů za hodinu.

Pozorování potřebná ke sledování stratosférického proudění na pólech i na rovníku planety Jupiter pomocí ALMA si vyžádala méně než 30 minut pozorovacího času. „Úroveň detailů, jaké jsme dosáhli za takto krátký čas, názorně demonstruje možnosti pozorování prováděných pomocí ALMA,“ říká spoluautor studie Thomas Greathouse (Southwest Research Institute). „Je to ohromné spatřit první přímé měření tohoto proudění.“    

„Tyto výsledky, získané pomocí ALMA, otevírají zcela nové okno ke studiu polárních oblastí planety Jupiter, což se ještě před několika měsíci nedalo očekávat,“ dodává Thibault Cavalié. „Také jsme připravili půdu pro další podobná, a ještě rozsáhlejší měření, která bude provádět zařízení Submillimetre Wave Instrument v rámci kosmické mise JUICE,“ dodává Thomas Greathouse s odkazem na připravovaný start evropské sondy JUICE (JUpiter ICy moons Explorer), který je očekáván v průběhu příštího roku.  

Planetu Jupiter bude zkoumat také připravovaný velký pozemní dalekohled ESO/ELT (Extremely Large Telescope), který by měl zahájit vědeckou činnost ve druhé polovině tohoto desetiletí. Bude schopen získávat pozorování polárních září Jupiteru s vysokým rozlišením a přinést ještě detailnější pohled na atmosféru této planety.