Dieses Bild von Jupiter mit der NIRCam (Near-Infrared Camera) des James Webb-Weltraumteleskops der NASA zeigt atemberaubende Details des majestätischen Planeten im Infrarotlicht. In diesem Bild deutet die Helligkeit auf große Höhe hin. Die zahlreichen hellen weißen „Flecken“ und „Streifen“ sind wahrscheinlich sehr hochgelegene Wolkenoberseiten konvektiver Stürme. Polarlichter, die in diesem Bild rot erscheinen, erstrecken sich bis in größere Höhen über dem Nord- und Südpol des Planeten. Im Gegensatz dazu weisen dunkle Bänder nördlich der Äquatorregion eine geringe Wolkendecke auf. Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, STScI, Ricardo Hueso (UPV), Imke de Pater (UC Berkeley), Thierry Fouchet (Observatorium Paris), Leigh Fletcher (Universität Leicester), Michael H. Wong (UC Berkeley), Joseph DePasquale (STScI)
Der schmale Jetstream in der Nähe des Jupiteräquators weht mit Windgeschwindigkeiten von 320 Meilen pro Stunde.
Jupiter weist einige der auffälligsten atmosphärischen Merkmale unseres Sonnensystems auf. Der Große Rote Fleck des Planeten, der groß genug ist, um die Erde zu umhüllen, ist fast so bekannt wie einige der verschiedenen Flüsse und Berge auf unserem Heimatplaneten.
Doch ähnlich wie die Erde verändert sich auch Jupiter ständig, und wir müssen noch viel über den Planeten lernen. NASA‘S James Webb-Weltraumteleskop lüftet einige dieser Geheimnisse und enthüllt neue Merkmale des Jupiter, die wir noch nie zuvor gesehen haben, darunter einen Hochgeschwindigkeitsjet, der über den Äquator des Planeten rast. Auch wenn der Jetstream visuell nicht so auffällig oder beeindruckend ist wie einige der anderen Merkmale des Jupiter, bietet er Forschern doch unglaubliche Einblicke in die Wechselwirkungen der Schichten der Planetenatmosphäre und wie Webb diese Untersuchungen in Zukunft unterstützen wird.
Forscher haben mit der NIRCam (Near-Infrared Camera) des James Webb-Weltraumteleskops der NASA einen Hochgeschwindigkeits-Jetstream entdeckt, der über Jupiters Äquator und über den Hauptwolkendecks sitzt. Bei einer Wellenlänge von 2,12 Mikrometern, die in Höhen von etwa 12–21 Meilen (20–35 Kilometer) über den Wolkendecken des Jupiter beobachtet wird, entdeckten die Forscher mehrere Windscherungen oder Bereiche, in denen sich die Windgeschwindigkeit mit der Höhe oder der Entfernung ändert, was ihnen dies ermöglichte Verfolgen Sie den Jet. Dieses Bild hebt mehrere Merkmale rund um die Äquatorzone des Jupiter hervor, die zwischen einer Umdrehung des Planeten (10 Stunden) sehr deutlich durch die Bewegung des Jetstreams gestört werden. Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, STScI, Ricardo Hueso (UPV), Imke de Pater (UC Berkeley), Thierry Fouchet (Observatorium Paris), Leigh Fletcher (Universität Leicester), Michael H. Wong (UC Berkeley), Joseph DePasquale (STScI)
Webb-Weltraumteleskop entdeckt neues Merkmal in Jupiters Atmosphäre
Das James Webb-Weltraumteleskop der NASA hat ein neues, noch nie zuvor gesehenes Merkmal in der Atmosphäre des Jupiter entdeckt. Der Hochgeschwindigkeits-Jetstream, der sich über eine Breite von mehr als 4.800 Kilometern erstreckt, befindet sich über Jupiters Äquator über den Hauptwolkendecks. Die Entdeckung dieses Jets gibt Aufschluss darüber, wie die Schichten der berühmten turbulenten Atmosphäre des Jupiter miteinander interagieren und wie Webb in einzigartiger Weise in der Lage ist, diese Merkmale zu verfolgen.
„Das hat uns völlig überrascht“, sagte Ricardo Hueso von der Universität des Baskenlandes in Bilbao, Spanien, Hauptautor der Studie, die die Ergebnisse beschreibt. „Was wir schon immer als verschwommene Schleier in Jupiters Atmosphäre gesehen haben, erscheinen jetzt als scharfe Merkmale, die wir zusammen mit der schnellen Rotation des Planeten verfolgen können.“
Die einzigartigen Bildgebungsfunktionen von Webb
Das Forschungsteam analysierte Daten von Webbs NIRCam (Near-Infrared Camera), die im Juli 2022 aufgenommen wurden. Das Early Release Science-Programm – gemeinsam geleitet von Imke de Pater von der Universität von Kalifornien, Berkeley und Thierry Fouchet vom Pariser Observatorium – wurde entwickelt, um Bilder von Jupiter im Abstand von 10 Stunden oder einem Jupitertag in vier verschiedenen Filtern aufzunehmen, von denen jeder auf einzigartige Weise in der Lage ist, Veränderungen in kleinen Merkmalen in unterschiedlichen Höhen der Jupiteratmosphäre zu erkennen.
Jupiter hat eine geschichtete Atmosphäre und diese Abbildung zeigt, wie Webb auf einzigartige Weise als zuvor in der Lage ist, Informationen aus höheren Schichten der Atmosphäre zu sammeln. Wissenschaftler konnten mithilfe von Webb die Windgeschwindigkeiten in verschiedenen Schichten der Jupiteratmosphäre identifizieren und so den Hochgeschwindigkeitsjet isolieren. Die Beobachtungen von Jupiter wurden im Abstand von 10 Stunden oder an einem Jupitertag in drei verschiedenen Filtern durchgeführt, die hier aufgeführt sind und jeweils in der Lage sind, Veränderungen in kleinen Merkmalen in unterschiedlichen Höhen der Jupiteratmosphäre zu erkennen. Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, STScI, Ricardo Hueso (UPV), Imke de Pater (UC Berkeley), Thierry Fouchet (Observatorium Paris), Leigh Fletcher (Universität Leicester), Michael H. Wong (UC Berkeley), Andi James (STScI)
„Obwohl verschiedene bodengestützte Teleskope, Raumfahrzeuge wie Juno und Cassiniund die der NASA Hubble-Weltraumteleskop „Nachdem wir die sich ändernden Wettermuster des Jupitersystems beobachtet haben, hat Webb bereits neue Erkenntnisse über Jupiters Ringe, Satelliten und seine Atmosphäre geliefert“, bemerkte de Pater.
Kontrastierende atmosphärische Schichten
Obwohl sich Jupiter in vielerlei Hinsicht von der Erde unterscheidet – Jupiter ist ein Gasriese, die Erde ist eine felsige, gemäßigte Welt – haben beide Planeten geschichtete Atmosphären. Infrarot-, sichtbare, Radio- und ultraviolette Lichtwellenlängen, die von diesen anderen Missionen beobachtet werden, erfassen die unteren, tieferen Schichten der Atmosphäre des Planeten – wo gigantische Stürme und Ammoniak-Eiswolken herrschen.
Andererseits reagiert Webbs Blick weiter ins nahe Infrarot als zuvor empfindlich auf die höhergelegenen Schichten der Atmosphäre, etwa 15–30 Meilen (25–50 Kilometer) über den Wolkendecken des Jupiter. Bei der Nahinfrarot-Bildgebung erscheinen Dunstwolken in großen Höhen typischerweise verschwommen und weisen in der Äquatorregion eine erhöhte Helligkeit auf. Mit Webb werden feinere Details innerhalb des hellen, verschwommenen Bandes aufgelöst.
Diese Darstellung von Blitzen, Konvektionstürmen (Gewitterwolken), tiefen Wasserwolken und Lichtungen in der Jupiteratmosphäre basiert auf Daten, die von der Raumsonde Juno, dem Hubble-Weltraumteleskop und dem Gemini-Observatorium gesammelt wurden. Juno erkennt Funksignale, die durch Blitzentladungen erzeugt werden. Da Radiowellen alle Wolkenschichten des Jupiter durchdringen können, ist Juno in der Lage, Blitze in tiefen Wolken sowie Blitze auf der Tagseite des Planeten zu erkennen. Hubble erkennt Sonnenlicht, das von Wolken in der Atmosphäre des Jupiter reflektiert wurde. Unterschiedliche Wellenlängen dringen unterschiedlich tief in die Wolken ein und geben Forschern so die Möglichkeit, die relativen Höhen der Wolkenobergrenzen zu bestimmen. Gemini kartiert die Dicke kühler Wolken, die thermisches Infrarotlicht aus wärmeren Atmosphärenschichten unter den Wolken blockieren. Dicke Wolken erscheinen auf den Infrarotkarten dunkel, Lichtungen dagegen hell. Die Kombination der Beobachtungen kann verwendet werden, um die Wolkenstruktur dreidimensional abzubilden und auf Details der atmosphärischen Zirkulation zu schließen. Dicke, hoch aufragende Wolken bilden sich dort, wo feuchte Luft aufsteigt (Auftrieb und aktive Konvektion). Lichtungen bilden sich dort, wo trockenere Luft absinkt (Downwelling). Die abgebildeten Wolken steigen fünfmal höher auf als ähnliche Konvektionstürme in der relativ flachen Erdatmosphäre. Die dargestellte Region umfasst eine horizontale Spannweite, die ein Drittel größer ist als die des kontinentalen Vereinigten Staaten. Bildnachweis: NASA, ESA, MH Wong (UC Berkeley) und A. James und MW Carruthers (STScI)
Eigenschaften des neuen Jetstreams
Der neu entdeckte Jetstream bewegt sich mit etwa 320 Meilen pro Stunde (515 Kilometer pro Stunde), doppelt so stark wie die anhaltenden Winde eines Hurrikan der Kategorie 5 Hier auf der Erde. Er befindet sich rund 25 Meilen (40 Kilometer) über den Wolken, in der unteren Stratosphäre des Jupiter (siehe Grafik oben).
Durch den Vergleich der von Webb in großen Höhen beobachteten Winde mit den in tieferen Schichten von Hubble beobachteten Winden konnte das Team messen, wie schnell sich die Winde mit der Höhe ändern und Windscherungen erzeugen.
Während Webbs hervorragende Auflösung und Wellenlängenabdeckung die Erkennung kleiner Wolkenmerkmale ermöglichten, die zur Verfolgung des Jets verwendet wurden, waren die ergänzenden Beobachtungen von Hubble, die einen Tag nach den Webb-Beobachtungen aufgenommen wurden, auch entscheidend, um den Grundzustand der äquatorialen Atmosphäre des Jupiter zu bestimmen und die Entwicklung zu beobachten Konvektionsstürme am Jupiteräquator, die nicht mit dem Jet verbunden sind.
„Wir wussten, dass die unterschiedlichen Wellenlängen von Webb und Hubble die dreidimensionale Struktur von Gewitterwolken offenbaren würden, aber wir konnten auch das Timing der Daten nutzen, um zu sehen, wie schnell sich Stürme entwickeln“, fügte Teammitglied Michael Wong von der University of hinzu Kalifornien, Berkeley, der die zugehörigen Hubble-Beobachtungen leitete.
Zukünftige Beobachtungen und Implikationen
Die Forscher freuen sich auf weitere Beobachtungen von Jupiter mit Webb, um festzustellen, ob sich Geschwindigkeit und Höhe des Jets im Laufe der Zeit ändern.
„Jupiter hat ein kompliziertes, aber wiederholbares Muster von Winden und Temperaturen in seiner äquatorialen Stratosphäre, hoch über den Winden in den Wolken und im Dunst, die bei diesen Wellenlängen gemessen werden“, erklärte Teammitglied Leigh Fletcher von der University of Leicester im Vereinigten Königreich. „Wenn die Stärke dieses neuen Jets mit diesem oszillierenden Stratosphärenmuster zusammenhängt, können wir davon ausgehen, dass sich der Jet in den nächsten zwei bis vier Jahren erheblich verändern wird – es wird wirklich spannend sein, diese Theorie in den kommenden Jahren zu testen.“
„Es ist für mich erstaunlich, dass wir nach Jahren der Verfolgung von Jupiters Wolken und Winden von zahlreichen Observatorien aus immer noch mehr über Jupiter lernen können und dass Merkmale wie dieser Jet verborgen bleiben können, bis diese neuen NIRCam-Bilder im Jahr 2022 aufgenommen wurden“, fuhr er fort Fletcher.
Die Ergebnisse der Forscher wurden kürzlich in veröffentlicht Naturastronomie.
Referenz: „Ein intensiver schmaler äquatorialer Jet in Jupiters unterer Stratosphäre, beobachtet von JWST“ von Ricardo Hueso, Agustín Sánchez-Lavega, Thierry Fouchet, Imke de Pater, Arrate Antuñano, Leigh N. Fletcher, Michael H. Wong, Pablo Rodríguez-Ovalle, Lawrence A. Sromovsky, Patrick M. Fry, Glenn S. Orton, Sandrine Guerlet, Patrick GJ Irwin, Emmanuel Lellouch, Jake Harkett, Katherine de Kleer, Henrik Melin, Vincent Hue, Amy A. Simon, Statia Luszcz-Cook und Kunio M . Sayanagi, 19. Oktober 2023, Naturastronomie.
DOI: 10.1038/s41550-023-02099-2
Das James Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit führende Weltraumobservatorium. Webb löst Rätsel in unserem Sonnensystem, blickt über die fernen Welten um andere Sterne hinaus und erforscht die mysteriösen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin. Webb ist ein internationales Programm, das von der NASA und ihren Partnern ESA geleitet wird (Europäische Weltraumorganisation) und die Canadian Space Agency.