ウェッブ宇宙望遠鏡、木星の大気の新たな特徴を明らかに – 「私たちを完全に驚かせた」

木星の赤道近くの狭いジェット気流の風速は最大時速 520 マイルです。

木曜日 私たちの太陽系には、最も明白な大気の特徴があります。 この惑星の大赤斑は、地球を包み込むほどの大きさで、私たちが故郷と呼ぶ地球上のさまざまな川や山の一部として知られています。

しかし、地球と同様に、木星も常に変化しており、私たちはこの惑星についてまだ学ぶべきことがたくさんあります。 NASAs ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡 それはそれらの謎のいくつかを解き明かし、木星の赤道上を疾走する高速ジェットなど、これまで見たことのない新しい特徴を明らかにします。 ジェット気流は、木星の他の特徴ほど視覚的に明白でもなく、畏敬の念を抱かせるものでもありませんが、惑星の大気の層がどのように相互作用するか、そしてウェブが将来これらの研究にどのように役立つかについて、研究者に信じられないほどの洞察を提供します。

NASAのジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡のNIRCam（近赤外線カメラ）を使用している研究者らは、木星の赤道上、主要な雲層の上に高速ジェット気流が存在することを発見した。 研究者らは、木星の雲頂約12～21マイル（20～35キロメートル）上空にある2.12ミクロンの波長で、風速が高度や距離によって変化する領域、つまり風速が変化する領域をいくつか発見した。 ジェット機を追跡します。 この画像は、木星の赤道付近のいくつかの特徴を強調しています。木星の 1 回転 (10 時間) の間に、ジェット気流の動きによって最も明らかに乱されています。 クレジット: NASA、ESA、CSA、STScI、Ricardo Hueso (UPV)、Imke de Pater (UC Berkeley)、Thierry Fouchet (パリ天文台)、Leigh Fletcher (レスター大学)、Michael H. Wong (UC Berkeley)、Josephデパスクワーレ (STScI)

ウェッブ宇宙望遠鏡は木星の大気中に新たな特徴を発見した

NASA のジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、木星の大気中にこれまでに見たことのない新しい特徴を発見しました。 幅 3,000 マイル (4,800 キロメートル) の高速ジェット気流は、木星の赤道上、主要な雲層の上に位置します。 このジェットの発見は、木星の有名な乱流大気の層がどのように相互作用するか、そしてウェブがどのようにそれらの特徴を独自に追跡できるかについての洞察を提供します。

「これは私たちを完全に驚かせたものでした」と、この発見を説明した論文の筆頭著者であるスペイン、ビルバオのバスク大学のリカルド・フエソ氏は語った。 「私たちがいつも木星の大気中でかすかなもやとして見てきたものが、今では滑らかな特徴として現れ、この惑星の急速な回転とともに追跡することができます。」

Webb のユニークな画像処理機能

研究チームは２０２２年７月に撮影されたウェブのＮＩＲＣａｍ（近赤外線カメラ）データを分析した。 早期リリース科学プロジェクト – Imke de Pater が共同主導。 カリフォルニア大学バークレー校 パリ天文台のティエリー・フォーセットは、木星の大気中の異なる高度にある小さな特徴の変化を検出できる4つの異なるフィルターを使用して、10時間間隔、または木星1日ごとに木星の画像を撮影するように設計されています。

木星には層状の大気があり、この例は、ウェッブがこれまで以上に大気の上層から情報を収集するユニークな能力をどのように備えているかを示しています。 科学者たちは、高速ジェットを分離するために、ウェブを使用して木星の大気のさまざまな層の風速を特定することができました。 木星の観測は、ここで指定されている 3 つの異なるフィルターを使用して 10 時間間隔、または木星 1 日ごとに行われ、それぞれが木星の大気の異なる高度にある小さな特徴の変化を検出できます。 クレジット: NASA、ESA、CSA、STScI、Ricardo Hueso (UPV)、Imke de Pater (UC Berkeley)、Thierry Fouchet (パリ天文台)、Leigh Fletcher (レスター大学)、Michael H. Wong (UC Berkeley)、Andiジェームス (STScI)

「地上にはさまざまな望遠鏡がありますが、NASA のジュノーや カッシーニそしてNASAの ハッブル宇宙望遠鏡 木星系の気象パターンの変化を観察し、ウェッブ氏はすでに木星の環、衛星、大気に関する新たな発見を提供している」とデ・ペイター氏は述べた。

異なる大気層

木星は多くの点で地球とは異なりますが、木星は巨大ガス惑星ですが、地球は岩石の多い温帯世界です。どちらの惑星も層状の大気を持っています。 赤外線、可視光、無線、紫外線の波長は、地球の大気のより深い下層を検出するこれらの他のミッションによって観測されます。 大嵐 そしてアンモニアの氷雲が存在します。

一方、近赤外線でのウェブの外観は、木星の雲頂から約 15 ～ 30 マイル (25 ～ 50 キロメートル) 上にある大気の高層の層の影響を以前よりも受けやすくなっています。 近赤外線イメージングでは、高高度の霧は通常より暗く見え、赤道地域では明るさが増します。 Webb を使用すると、細かい部分が明るく薄暗い帯に分解されます。

木星の大気中の稲妻、対流塔 (入道雲)、深層水雲、および晴天を示すこの図は、ジュノー宇宙船、ハッブル宇宙望遠鏡、およびジェミニ天文台によって収集されたデータに基づいています。 Juno は、雷放電によって生成される無線信号を検出します。 電波は木星のすべての雲層を通過できるため、ジュノーは深い雲の中での雷や、木星の昼間の雷を検出できます。 ハッブルは木星の大気中の雲に反射する太陽光を検出します。 異なる波長が異なる深さまで雲を透過するため、研究者は雲の頂上の相対的な高さを判断できます。 ジェミニは、雲の下の暖かい大気層からの熱赤外線を遮断する冷たい雲の厚さをマッピングします。 赤外線マップでは、密な雲はより暗く表示され、透明な雲はより明るく表示されます。 観測結果を組み合わせることで、雲の構造を 3 次元でマッピングし、大気循環の詳細を推測することができます。 湿った空気が上昇する場所（湧昇と活発な対流）で、密な高高度の雲が形成されます。 乾燥した空気が沈む場所 (下流) で浄化が形成されます。 示されている雲は、地球の比較的浅い大気中にある同様の対流塔よりも 5 倍の高さまで上昇しています。 図示された地域は、水平距離が米国本土の約 3 分の 1 に相当します。 クレジット: NASA、ESA、MH Wong (カリフォルニア大学バークレー校)、A. James および MW Carruthers (STScI)

新型ジェット気流の特徴

新たに発見されたジェット気流は時速約320マイル（時速515キロメートル）で進む。 カテゴリー5のハリケーン ここ地球上です。 それは木星の下部成層圏、雲の上約 25 マイル (40 キロメートル) に位置しています (上の地図を参照)。

ウェッブが高高度で観測した風と、ハッブルがより深い層で観測した風を比較することで、研究チームは高度に応じて風がどれだけ速く変化するかを測定し、ウィンドシアを作成することができる。

ウェッブの優れた解像度と波長範囲により、ジェットの追跡に使用される小さな雲の特徴の検出が可能でしたが、ウェッブの観測の翌日に行われたハッブルの補足観測は、木星の赤道大気の基本的な状態を決定し、その発達を追跡するために重要でした。 木星の赤道における対流嵐はジェットとは関係がありません。

「ウェッブとハッブルの異なる波長によって嵐の雲の三次元構造が明らかになる可能性があることはわかっていましたが、データのタイミングを利用して嵐がどれほど早く発達するかを確認することもできました」とチームメンバーのマイケル・ウォン氏は語った。大学。 カリフォルニア州バークレーは、関連するハッブル観測を主導しました。

今後の観察と影響

研究者らは、ジェットの速度と高さが時間の経過とともに変化するかどうかを判断するために、ウェブに沿った木星のさらなる観察を楽しみにしています。

「木星の赤道成層圏には複雑だが繰り返しの風と気温のパターンがあり、雲の風や霧はこれらの波長で測定される」とチームメンバーである英国レスター大学のリー・フレッチャー氏は説明した。 「もしこの新しいジェットの強さがこの振動する成層圏のパターンに関連しているのであれば、ジェットは今後2～4年間で大きく変化すると予想できます。今後数年間でこの理論を検証するのは非常に興味深いでしょう。」

いくつかの天文台で木星の雲や風を観測した後でも、私たちは木星についてまだ知らないことがたくさんあり、これらの新しいNIRCam画像が2022年に撮影されるまで、これらのジェットのような特徴が視界から隠されている可能性があることに私は驚いています。 フレッチャー。

研究者の結果は最近発表されました 自然天文学。

参考文献：リカルド・ウエソ、アグスティン・サンチェス＝ラベカ、ティエリー・フォーセット、イムケ・デ・パテル、アラド・アントナーノ、リー・N. フレッチャー、マイケル・H. ウォン、パブロ・ロドリゲス、「JWSD が観測した木星の下部成層圏の強烈な狭い赤道ジェット」ローレンス A. スモフスキー、パトリック M. フライ、グレン S. オートン、サンドリン・ガーレット、パトリック G.J. アーヴィン、エマニュエル・ルルーシュ、ジェイク・ハーゲット、キャサリン・デ・クレア、ヘンリー・メリン、ヴィンセント・ヒューイ、エイミー・A. サイモン、スタディア ルス クック、クネオ M. サヤナキ、2023 年 10 月 19 日、 自然天文学。
DOI: 10.1038/s41550-023-02099-2

ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡は、世界有数の宇宙科学研究所です。 ウェッブは、太陽系の謎を解き明かし、他の星の周囲の遠い世界に目を向け、私たちの宇宙とその中での私たちの位置の神秘的な構造と起源を探求します。 WEB は、NASA のパートナーである ESA が主導する国際プロジェクトです。欧州宇宙機関）とカナダ宇宙庁。