Górna atmosfera Jowisza jest o setki stopni cieplejsza niż oczekiwano. Po dziesięcioleciach poszukiwań naukowcy mogli zidentyfikować prawdopodobne źródło tego anomalnego ciepła. Winowajcą, jak sugeruje nowe badanie, są intensywne zorze polarne, wersja Jowisza z północy i południa na Ziemi.
Temperatura górnej warstwy atmosfery Jowisza, który krąży w średniej odległości 778 milionów kilometrów od Słońca, powinna wynosić około -73° Celsjusza, mówi James O’Donoghue, planetolog z Instytutu Nauk Kosmicznych i Astronautycznych JAXA w Sagamiharze w Japonii. Wynika to w dużej mierze ze słabego oświetlenia tamtejszego słońca, które stanowi mniej niż 4 procent energii na metr kwadratowy, która dociera do ziemskiej atmosfery. Zamiast tego region kilkaset kilometrów nad wierzchołkami chmur planety ma średnią temperaturę około 426°C.
Naukowcy po raz pierwszy zauważyli tę niezgodność ponad 40 lat temu. Od tego czasu naukowcy wpadli na kilka pomysłów na to, gdzie może powstać impuls termiczny w górnej atmosferze, w tym fale ciśnienia lub fale grawitacyjne wytworzone przez turbulencje w niższych warstwach atmosfery. Jednak obserwacje O’Donoghue i jego współpracowników dostarczają teraz przekonujących dowodów na to, że zorze polarne pompują ciepło w górne warstwy atmosfery planety.
Naukowcy wykorzystali 10-metrowy teleskop Keck II na szczycie uśpionego wulkanu Mauna Kea na Hawajach, aby obserwować Jowisza w jedną noc w 2016 i 2017 roku. W szczególności zespół szukał emisji w podczerwieni, które zdradzają obecność dodatnio naładowanych cząsteczek wodoru (H3+). Cząsteczki te powstają, gdy między innymi naładowane cząstki wiatru słonecznego uderzają w atmosferę planety z prędkością setek lub tysięcy kilometrów na sekundę, malując zorze polarne.
Pomiar intensywności emisji podczerwonych tych cząsteczek pozwolił zespołowi określić, jak gorąco robi się wysoko nad wierzchołkami chmur. W tych regionach polarnych temperatury w górnych warstwach atmosfery prawdopodobnie sięgają około 725 ° C, donosi zespół 5 sierpnia w Nature. Jednak na równikowych szerokościach geograficznych mapa cieplna zespołu wykazała, że temperatura spada do około 325°C. Ten wzór stopniowego spadku temperatury w kierunku niższych szerokości geograficznych potwierdza pogląd, że zorze Jowisza są źródłem anomalnego ciepła w górnych warstwach atmosfery i że wiatry rozpraszają to ciepło z regionów polarnych.
Jedna z nocy, w których zespół obserwował Jowisza – 25 stycznia 2017 r. – była szczególnie zgodna w czasie, ponieważ Jowisz doświadczał w tym czasie silnego rozbłysku słonecznego. Oprócz intensywnej zorzy, dane ujawniły szeroki pas cieplejszych niż normalnie gazów na średnich szerokościach geograficznych, co naukowcy interpretują jako falę ciepła toczącą się na południe. „To było czyste szczęście, że uchwyciliśmy to potencjalne wydarzenie powodujące wydzielanie ciepła” – mówi O’Donoghue.
Obserwacje zespołu „zbliżają się do „dymiącego pistoletu” redystrybucji energii zorzy” – mówi Tommi Koskinen, planetolog z University of Arizona w Tucson. Następnym wyzwaniem, jak zauważa, jest zrozumienie mechanizmów leżących u podstaw produkcji i wymiany ciepła, a następnie włączenie ich do symulacji cyrkulacji atmosferycznej Jowisza przez naukowców.
