Ammóniás jégesőre és titokzatos villámokra bukkant a Juno a Jupiter légkörében

Nincsen túlélhető és fenntartható jövőnk tudomány nélkül, ahogy nekünk sincsen nélkületek. Támogasd a Qubit munkáját!

A Jupitert 2016 óta vizsgáló Juno a gázóriás újabb rejtélyeit tárta fel. Az amerikai űrhivatal, a NASA űrszondája furcsa villámokat, ammóniából és vízből álló felhőket talált, és talán azt is sikerült megfejtenie, hogy hová tűnik az ammónia a Jupiter felső légköréből.

Mint arról korábban részletesen beszámoltunk, a Juno feladata a Jupiter belső szerkezetének és viharos légkörének tanulmányozása, ami betekintést enged a kutatóknak az óriásbolygók keletkezésébe és a bennük zajló folyamatokba. Bár a Jupitert és holdjait már viszonylag sok űrszonda vizsgálta, a Juno a Galileo után mindössze a második, amely pályára is állt a bolygó körül, lehetővé téve annak részletes tanulmányozását. A Juno emellett az első olyan, a külső Naprendszerben dolgozó űrszonda, amely napelemek és nem nukleáris áramforrás (RTG) segítségével nyeri az energiát. A küldetés különlegessége még a JunoCam kamera, melynek felvételei a nagyközönség bevonásával készülnek és kerülnek feldolgozásra.

A JunoCam felvételének közepén lévő fehér, apró felhők valójában olyan zivatarok csúcsai, amelyekben a „sekély villámok" keletkezhetnek.Fotó: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill

A szonda adatgyűjtésének friss eredményeit a kutatók a Nature és a Journal of Geophysical Research: Planets folyóiratokban tették közzé augusztus elején. A Nature-ben publikált tanulmány olyan „sekély villámok" azonosítását részletezi, amelyek ammóniát és vizet tartalmazó felhőkben keletkeznek. További két tanulmány a Juno légköri ammóniára vonatkozó méréseit ismerteti és magyarázza meg egy lehetséges modell segítségével. Leegyszerűsítve: a szakemberek úgy vélik, a Juno olyan heves viharokra talált bizonyítékot, amelyek ammóniában gazdag, latyakos jégesőt hoznak létre. Ez a jégeső a hipotézis szerint a légkörben aláhullva megragadja a felső légkörben lévő ammóniát, a Jupiter mélyebb rétegeibe szállítva, mintegy eltüntetve azt.

Különleges villámok és ammóniafelhők

Mint a JPL közleményéből kiderül, még 1979-ben, a NASA legendás Voyager űrszondái figyeltek meg először villámokat a Jupiter légkörében. Akkor a kutatók azt feltételezéték, hogy ezek a földi villámokhoz hasonlóan zivatarokban keletkeznek, ahol a víz mindhárom halmazállapotában jelen van. Ez a Jupiter esetében azt jelentené, hogy a viharok 45-65 kilométeres magasságban helyezkednek el, ahol nulla Celsius-fok körüli hőmérséklet uralkodik. A Voyagerek és későbbi szondák azonban a Jupiter felhőzetének tetején figyelték meg fényes foltokként a villámokat, ami arra utalt, hogy ezek a mélyebben lévő víztartalmú felhőkből származnak. A Juno a Jupiter sötét oldalán végzett megfigyelései azonban egy ettől eltérő villámtípust tártak fel.

„A Juno Jupiter felhőzetéhez való közeli elhaladásai lehetővé tették, hogy valami meglepőt lássunk - kisebb, sekélyebb felvillanásokat, melyek jóval magasabbról erednek a Jupiter felhőzetében, mint azt korábban lehetségesnek gondoltuk"

– nyilatkozta Heidi Becker, a Juno sugárzásmérő műszerének vezető kutatója, a Nature-tanulmány vezető szerzője.

A kutatók szerint a furcsa villámok keletkezését az magyarázhatja, hogy a Jupiter heves zivatarjai jégkristályokat repítenek a légkör felsőbb rétegeibe, mintegy 25 kilométerrel a víztartalmú felhők fölé. Itt a jégkristályok ammóniával találkoznak, amely megolvasztja azokat, és egy ammóniából és vízből álló oldatot hoz létre, ami  még az ebben a rétegben jellemző -88 Celsius-fokos hőmérséklet mellett is folyékony halmazállapotú tud maradni. Ez ammóniából és vízből álló felhők kialakulásához vezet, amelyekben az aláhulló ammóniás-vizes oldat össze tud ütközni a felfelé haladó jégkristályokkal, elektromos töltést, végül pedig úgynevezett „sekély villámokat" hozva létre. Ilyen ammóniából és vízből álló felhők a Földön természetesen nem léteznek, ezért felfedezésük kifejezett meglepetést jelent a kutatóknak.

Becker magyarázata szerint a Jupiter légkörének magasabb részeiben az ammónia egyfajta fagyállóként működik, durván lecsökkentve a víz olvadáspontját és lehetővé téve folyékony ammóniából és vízből felépülő felhők formálódását.

Elrejti az ammóniát a jégeső

Ezek a sekély villámok a kutatók szerint még egy rejtélyt megoldanak a Jupiter légkörének működésével kapcsolatban. A szonda mikrohullámú sugárzást mérő műszere ugyanis megállapította, hogy az ammónia lényegében hiányzik a Jupiter felhőzetének nagy részéből, ahol pedig kimutatható, mennyisége a légköri magassággal változik. A kutatóknak azonban sikerült egy áttörő hipotézist kidolgozniuk, amely megmagyarázza a méréseket.

„A szakemberek korábban is tudták, hogy vannak kis régiók, ahol hiányzik a légkörből az ammónia, de senki nem tudta, hogy ezek annyira mélyre hatolnak [ahogy az a Juno méréseiből kiderült] és szinte az egész bolygót lefedik. Az ammónia elnyelődését nem sikerült simán csak ammóniából és vízből álló esővel megmagyarázni, mert az eső nem lenne képes elég mélyre hullani a Jupiter légkörében, hogy megmagyarázza a megfigyeléseket. De rájöttem, hogy egy jégesőhöz hasonló szilárd anyag lejjebb tudna jutni, és magával szállítaná az ammóniát. Amikor Heidi Becker felfedezte a »sekély villámokat«, rájöttünk, hogy bizonyítékot találtunk arra, hogy az ammónia vízzel keveredik a felső légkörben, így tehát a villámok felfedezése kulcsfontosságú volt a rejtély megoldásában”

- foglalta össze a hipotézis kialakulását Scott Bolton, a Juno-küldetés vezetője.

A Jupiteren a jégeső kétharmadnyi vizet és egyharmad ammóniát tartalmazó latyakos keverékből alakul ki, amit egy vastagabb vízjég réteg vesz körül. A kutatók által kásagolyóknak elnevezett képződmények a földi jégesőhöz hasonlóan keletkeznek, és a légkörben haladva egyre nagyobbra nőnek. Miután azonban a kásagolyók túl nagyra nőnek, a felszálló áramlatok már nem tudják őket magasabbra repíteni a légkörben, így elkezdenek lefelé süllyedni, ahol a növekvő hőmérséklet hatására fokozatosan elpárolognak. Mindez azt eredményezi, hogy az ammónia és a víz a légkör mély rétegeibe kerül, ami megmagyarázza, hogy a Juno műszere miért nem tudta kimutatni az ammóniát a magasabb rétegekben.

Bolton szerint mindez jól mutatja, hogy a sekély villámok megtalálása és a hiányzó ammóniára vonatkozó mérések kombinálása egy innovatív hipotézissel képes volt megoldani a hiányzó ammónia rejtélyét.

„Mint kiderült, az ammónia nem hiányzik, csak »álcázza magát« a légkörben lefelé haladva egy külső vízből álló burokkal. Ez a megoldás egyszerű, elegáns és jól illeszkedik ahhoz, hogy csak akkor tudjuk detektálni az ammóniát, amikor az már elpárolog, ez pedig nagyon mélyen történik"

– magyarázta Bolton.

A Jupiter légkörének tanulmányozása lehetővé teszi olyan általános érvényű hipotézisek kidolgozását, amelyek leírják az egyes bolygók légköri folyamatait, akár a Naprendszerünkben, akár azon kívül, a különböző naprendszerbeli égitestek vizsgálata pedig lehetővé teszi a bolygók légköri viszonyait leíró elméletek összehasonlító tesztelését.

Ha tetszik, amit csinálunk, ha te is fontosnak tartod, hogy magyar nyelven legyen egy okos és közérthető lap, ami nem a politikai barikádok csatazajáról tudósít, hanem a ránk váró – bátran mondjuk ki, ez az év is megmutatta, mennyire nem túlzás ez – civilizációs kihívásokkal foglalkozik, ami fel meri tenni a jövőnkkel kapcsolatos igazi kérdéseket, és meg is mutatja a modern tudomány válaszait mindezekre, nos ha ez szerinted is olyan égetően fontos, ahogy mi gondoljuk: heroikus munkát végző öt újságíróval, sok tucatnyi kutatóval és csak egy egészen kicsi kiadóval a hátunk mögött, akkor támogasd a munkánkat rendszeresen – számít a segítséged!

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: