Przewidywanie wzorców pogodowych na planetach zewnętrznych
To ekscytujący czas dla naukowców zajmujących się planetami. Misje Juno i Cassini do Jowisza i Saturna przesłały bogate dane, a Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) oferuje naukowcom możliwość głębszego przyjrzenia się lodowym olbrzymom, Uranowi i Neptunowi. W tym czasie naukowcy zdali sobie sprawę, że kolorowe pasy Jowisza są wierzchem gigantycznych przepływów atmosferycznych sięgających głęboko do płynnego wnętrza. „Zaczęliśmy doceniać pogodę na Jowiszu jako formę harmonii muzycznej, z planetarnymi zmianami w tych pasach występującymi w powtarzalnych, quasi-regularnych wzorcach — cykliczna natura klimatu Jowisza pozwala nam dokonywać prognoz z wieloletnim wyprzedzeniem” — zauważa Leigh Fletcher, pracujący na Uniwersytecie w Leicester jako profesor nauk planetarnych w School of Physics and Astronomy. Fletcher, który był głównym badaczem wspieranego ze środków UE projektu GIANTCLIMES, wyjaśnia, że obecnie wiemy, że temperatury, chmury i gazy Saturna reagują na zmiany pór roku. A na odległych lodowych gigantach mamy pierwsze spostrzeżenia dotyczące wielkoskalowych wzorców ruchu powietrza w wysokiej stratosferze. Projekt miał na celu przybliżenie nas do czasów, w których będziemy w stanie prognozować pogodę i klimat czterech gigantycznych planet, poszukując naturalnych wzorców zmienności klimatu na podstawie czterech dekad obserwacji naziemnych.
Dziesiątki lat ziemskich, aby zarejestrować jeden rok Saturna
Projekt GIANTCLIMES zgromadził obszerną bazę zdjęć w podczerwieni wszystkich czterech gigantów, regularnie powtarzając te obserwacje, aby śledzić ich ewoluujący wygląd w podczerwieni. Do tej pory nikt nie wykorzystał tej bazy danych do poszukiwania wzorców zmian klimatycznych. Częściowo wynika to z faktu, że zarejestrowanie roku na planecie zewnętrznej może zająć dziesięciolecia lat ziemskich: dane zebrane od lat 80. obejmują około trzech lat Jowisza lub nieco ponad jeden rok Saturna. „Jeszcze trudniejsza sytuacja jest przypadku lodowych olbrzymów — dysponujemy obrazami termicznymi w podczerwieni w rozdzielczości przestrzennej jedynie od początku XXI wieku” — dodaje Fletcher, który otrzymał wsparcie ze strony Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych. Uruchomienie JWST w 2022 r. dało projektowi dostęp do regionów widma podczerwonego, których nigdy wcześniej nie widziano, z niespotykaną dotąd czułością i wyrazistością. „Prowadziliśmy program JWST dla planet olbrzymów podczas pierwszego ekscytującego roku działalności naukowej teleskopu — projektowaliśmy program mający na celu zbadanie tych wcześniej ukrytych regionów, jednocześnie testując możliwości nowej sondy kosmicznej. Możliwość obserwowania dużych, jasnych, poruszających się i obracających obiektów za pomocą statku kosmicznego zaprojektowanego do zaglądania w niektóre z najciemniejszych obszarów we wszechświecie była ekscytująca” — mówi Fletcher. Po uzyskaniu dostępu do danych projekt musiał następnie odtworzyć te same widma w symulacji komputerowej, zaczynając od wstępnych przypuszczeń (jaka jest ich temperatura, z czego składają się chmury, jakie gazy tam występują), a następnie dostosowując je, aż ich model pasował do danych. Jak wyjaśnia Fletcher: „To trochę jak robienie ciasta, dostosowywanie wszystkich składników, aż smak będzie odpowiedni. Robimy to tysiące razy, z widmami z różnych miejsc i czasów, aby zbudować naszą dużą bazę danych o klimacie”.
Wzorce cyrkulacji na Jowiszu z sondy Juno
Projekt wykazał, że oscylacje i wzory mogą powodować gigantyczne zmiany w kolorach i warunkach w pasach Jowisza. „Niektóre wzory były tak regularne, że można było na ich podstawie ustawiać zegarki — przypominały atmosferyczne bicie serca”. Nowe dane pozwoliły Fletcherowi zajrzeć w głąb pasmowej struktury i zbadać procesy kształtujące pasiasty wygląd Jowisza, co potwierdziło wcześniejsze teorie dotyczące ułożonych, przeciwbieżnych wzorców cyrkulacji. Jego wkład w zrozumienie wahań temperatury Neptuna został przedstawiony w komunikacie prasowym Europejskiego Obserwatorium Południowego.
Dane z JWST potwierdzają obserwacje i rodzą więcej pytań
„Czekaliśmy na nowe obserwacje JWST tak długo, że kiedy zaczęły napływać pierwsze dane, cały zespół był podekscytowany — korki od szampana wystrzeliły i wszyscy zebraliśmy się podekscytowani wokół naszych laptopów. Otrzymaliśmy obraz i widma, które spełniły nasze najśmielsze oczekiwania — nasze obserwacje okazały się celne. To absolutny skarb, który pozwoli nam pracować przez wiele lat po ukończeniu projektu GIANTCLIMES” — mówi Fletcher. Uran o pochylonej osi posiada najbardziej ekstremalny klimat i magnetosferę w całym Układzie Słonecznym; na jego lodowych księżycach znajdują się tereny, które nigdy nie były widziane przez ludzkie ani zrobotyzowane oczy. Fletcher ma nadzieję, że ambitna misja partnerska prowadzona przez Europejską Agencję Kosmiczną i NASA może zostać zorganizowana w nadchodzących dziesięcioleciach i pozwoli wysłać orbiter i sondę.
Słowa kluczowe
GIANTCLIMES, planety zewnętrzne, kompleksowa klimatologia, lodowe olbrzymy, Jowisz, Juno, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, JWST, wzorce cyrkulacji, termiczne obrazy w podczerwieni w rozdzielczości przestrzennej