Na Jupiteru prší čpavková břečka při silných bouřích

Publikovaná ilustrace využívá data získaná sondou Juno, která zobrazuje silné bouře ve velkých výškách na Jupiteru. Citlivá kamera hvězdné navigační soustavy sondy Juno zaznamenala neobvyklé blesky na neosvětlené straně Jupitera během blízkých průletů sondy kolem planety. Na Jupiteru bylo potvrzeno bizarní krupobití ledových „kašovitých koulí“ – kašovité směsi čpavku a vody – kde intenzivní údery blesků osvětlují tyto zmrzlé kašovité koule, jež prší z výškových bouří.

Pomocí prvních 3D vizualizací troposféry Jupitera vědci odhalili, že většina atmosférických projevů je překvapivě mělká, ale hluboké konvektivní systémy se jimi prodírají a smíchávají amoniak a vodu, které je stahují hluboko pod vrcholky mraků. To mění představu o dobře promíchaném plynném obru, kde se kašovité koule chovají jako jakési dopravní pásy, které zachycují a přenášejí chemické látky a mění tak naše chápání atmosféry obřích planet.

Koule břečky odhaleny
Představte si obří koule břečky ze čpavku a vody, zabalené do tvrdého ledového krunýře. Nyní si představte, že tyto ledové koule – nazývané „mushballs“ (kašovité koule) – padají atmosférou Jupitera jako kroupy a jsou osvětleny silnými blesky.

Podle planetologů z Kalifornské univerzity v Berkeley není toto dramatické počasí jen sci-fi – na Jupiteru se to skutečně děje. Tyto bouře se silnými blesky se mohou vyskytovat i na dalších plynných obrech naší Sluneční soustavy jako je Saturn, Uran a Neptun, a možná i na plynných exoplanetách v celé Galaxii.
Koncept mushballs byl poprvé navržen v roce 2020, aby vysvětlil záhadné rozdíly v množství amoniaku pozorované v horních vrstvách atmosféry Jupitera. Tyto nepravidelnosti byly zjištěny sondou Juno a potvrzeny pozemními radioteleskopy.

Postgraduální student Kalifornské univerzity v Berkeley Chris Moeckel a jeho konzultantka, emeritní profesorka Imke de Paterová, byli v té době skeptičtí. Teorie vyžadovala velmi specifické a extrémní atmosférické podmínky, aby fungovala.

Na připojeném obrázku je průřez horními vrstvami atmosféry neboli troposférou Jupitera, který ukazuje hloubku bouří v severojižním pruhu, který protíná rovník planety neboli rovníkovou zónu (EZ). Modrá a červená barva znázorňují vyšší, resp. nižší, než normální množství plynného amoniaku. Dvě nové studie Kalifornské univerzity v Berkeley pomocí sledování amoniaku ukazují, že rychle se měnící povětrnostní systémy na Jupiteru jsou většinou velmi mělké (vlevo), ačkoliv dva typy bouří – rychle stoupající chuchvalce amoniaku (uprostřed) a víry podobné tornádům – pronikají hlouběji a jsou zodpovědné za rozrušení atmosférických plynů. Rozsáhlé bouře vytvářejí kašovité koule, které padají dolů ještě hlouběji než chocholy a víry.

Od skepse k potvrzení 3D struktury
„Imke de Paterová a já jsme si oba říkali: To není možné, aby to byla pravda,“ řekl Chris Moeckel, který loni získal doktorát na Kalifornské univerzitě v Berkeley a nyní působí jako výzkumný pracovník v Laboratoři vesmírných věd Kalifornské univerzity v Berkeley. „Musí se sejít tolik věcí, aby se to skutečně vysvětlilo, že to vypadá tak exoticky. V podstatě jsem se tři roky snažil dokázat, že je to špatně. A nepodařilo se mi to dokázat.“

Potvrzení, o němž nedávno informoval časopis Science Advances, se objevilo spolu s první 3D vizualizací horních vrstev Jupiterovy atmosféry, kterou Moeckel a de Paterová nedávno vytvořili a popsali v článku, který prochází recenzním řízením a je zveřejněn na preprintovém serveru arXiv.

3D struktura Jupiterovy troposféry ukazuje, že většina povětrnostních systémů na Jupiteru je mělká a sahá pouze 10 až 20 kilometrů pod viditelnou oblačnost neboli „povrch“ planety, která má poloměr zhruba 70 000 km. Většina barevných vířivých obrazců v pásech, které obklopují planetu, je mělká.

Některé povětrnostní jevy se však objevují mnohem hlouběji v troposféře, kde dochází k redistribuci amoniaku a vody a v podstatě k promíchání toho, co bylo dlouho považováno za jednolitou atmosféru. Tři typy zodpovědných povětrnostních jevů jsou víry podobné hurikánům, horké skvrny spojené s chocholy bohatými na amoniak, které obtékají planetu ve vlnové struktuře, a velké bouře, které vytvářejí kašovité koule a blesky.

Další ilustrace znázorňující, jak silné bouře na Jupiteru – a pravděpodobně i na dalších plynných obrech – vytvářejí houbovité koule a mělké blesky. Čpavkové koule vznikají v bouřkových mracích, které se tvoří asi 60 km pod vrcholky mraků a pohánějí silný stoupavý proud, který vynáší vodní led do extrémních výšek, občas i nad viditelnou vrstvu mraků. Jakmile dosáhnou výšky asi 22 km pod viditelnou vrstvou mraků, čpavek působí jako nemrznoucí směs, rozpouští led a spojuje se s ním, čímž vzniká čpavkovo-vodní břečka, která se obaluje vodním ledem – vznikají tzv. mushballs. Kašovité koule stoupají, dokud nejsou příliš těžké, pak padají zpět atmosférou a rostou, dokud nedosáhnou kondenzační vrstvy vody, kde se vypaří. Tím dochází k redistribuci amoniaku a vody z horních vrstev atmosféry (zelená a modrá vrstva) do vrstev hluboko pod mraky, čímž vznikají oblasti ochuzeného amoniaku viditelné při rádiových pozorováních.

Mělké pásy versus hluboké bouře
„Pokaždé, když se podíváte na Jupitera, vidíte většinou jen povrch,“ řekl Moeckel. „Pásy jsou mělké, ale pár jevů – víry a tyto velké bouře – mohou proniknout skrz.“

„Juno skutečně ukazuje, že amoniak je vyčerpán ve všech zeměpisných šířkách až do hloubky asi 150 km, což je opravdu zvláštní,“ řekla Imke de Paterová, která před 10 lety zjistila, že amoniak je vyčerpán až do hloubky asi 50 km. „To se Chris snaží vysvětlit svými bouřkovými systémy, které se dostávají mnohem hlouběji, než jsme očekávali.“

Plynní obři Jupiter a Saturn a ledoví obři Neptun a Uran jsou hlavním cílem současných vesmírných misí a velkých teleskopů, včetně vesmírného teleskopu Jamese Webba; částečně proto, že nám mohou pomoci pochopit historii vzniku Sluneční soustavy a pozorování vzdálených exoplanet, z nichž mnohé jsou velké a plynné. Vzhledem k tomu, že astronomové mohou pozorovat pouze horní vrstvy atmosfér vzdálených exoplanet, může znalost interpretace chemických stop v těchto pozorováních pomoci vědcům odvodit detaily nitra exoplanet, a to i u planet podobných Zemi.

Zdroj: https://scitechdaily.com/jupiter-rains-ammonia-slushballs-in-electric-storms/

autor: František Martinek