Мы живем в такое время, когда обнаружение планет, вращающихся вокруг далеких звезд, стало почти обычным явлением: их зарегистрировано уже 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.
Астрономы «ловят» ветра Юпитера
Астрономы впервые использовали спектрограф ESPRESSO, расположенный на Очень Большом Телескопе в Чили, для исследования ветров в атмосфере Юпитера. Ученым удалось измерить скорость ветра в экваториальной зоне крупнейшей планеты Солнечной системы.
Снимок Юпитера, сделанный космическим аппаратом NASA Juno в феврале 2022 года. Темное пятно — тень от Ганимеда, одной из лун Юпитера. Разноцветные узоры образованы облаками на разных высотах и состоят в основном из аммиачного льда, гидросульфида аммония и воды. NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS
ESPRESSO — это спектрограф для поиска планет, находящихся на расстоянии многих световых лет от Земли. И он впервые был использован для наблюдения объекта Солнечной системы — Юпитера, до которого всего-то 43 световые минуты.
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, необходимы долгие непрерывные наблюдения.
Впервые инструмент, разработанный для поиска и исследования экзопланет, находящихся на расстоянии многих световых лет, был направлен на цель в Солнечной системе, находящуюся всего в 43 световых минутах от Земли: на 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.
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
ESPRESSO (на картинке спектрограф похож на цистерну на переднем плане) работает с четырьмя телескопами. Реконструкция.
Метод, разработанный командой, называется доплеровской велосиметрией и основан на отражении видимого света Солнца облаками в атмосфере целевой планеты. Этот отраженный свет имеет поправку по длине волны пропорционально скорости, с которой облака движутся относительно телескопа на Земле (это и есть доплеровский эффект). Это и дает мгновенную скорость ветра в наблюдаемой точке.
Метод, который сейчас используется с ESPRESSO, был разработан исследовательской группой Planetary Systems IA для изучения атмосферы Венеры. Исследователи измеряли ветры на соседней планете в течение нескольких лет и внесли свой вклад в моделирование атмосферы нашей ближайшей соседки. Этот инструмент может использоваться и для исследования атмосфер экзопланет, но астрономы выбрали более близкую цель — Юпитер.
Ловля ветра
В течение пяти часов в июле 2019 года команда направляла телескоп VLT на экваториальную зону Юпитера, где легкие облака расположены на большей высоте. Потом астрономы смотрели на северный и южный экваториальные пояса (между широтами 7°S и 7°N), где нисходящие потоки образуют полосы темных более теплых облаков в глубоких слоях атмосферы.
Пульт управления спектрографом ESPRESSO во время наблюдения Юпитера с помощью одного из телескопов VLT в обсерватории Паранал в Чили.
«Атмосфера Юпитера, видимая с Земли, содержит аммиак, гидросульфид аммония и воду, которые образуют отчетливые красные и белые полосы», — говорит соавтор работы Педро Мачадо. — «Верхние облака, состоят из аммиачного льда. Водяные облака образуют самый плотный, нижний слой и оказывают сильнейшее влияние на динамику атмосферы».
С помощью ESPRESSO команде удалось измерить скорость ветра на Юпитере: от 60 до 428 км/ч с погрешностью менее 36 км/ч.
«Сложность связана с тем, что мы определяли ветры с точностью до нескольких метров в секунду, а вращение Юпитера на экваторе составляет порядка десяти километров в секунду. И что еще усложняет дело, Юпитер — газообразная планета, а не твердое тело, он вращается с разной скоростью в зависимости от широты», — добавляет исследователь. Тем не менее измерить скорости ветра удалось достаточно надежно.
Мониторинг будет продолжаться. Это позволит исследовательской группе собрать данные о том, как ветры меняются с течением времени. Тогда станет возможным создание надежной модели глобальной циркуляции атмосферы Юпитера.
Астрономы надеются, что эта вычислительная модель поможет понять причины атмосферных явлений, которые мы наблюдаем на этой планете, и поможет подготовить следующие наблюдения.
Как только технология будет освоена для самой большой планеты Солнечной системы, команда надеется применить ее к атмосферам других газообразных планет: следующей целью станет Сатурн.