Med Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), där European Southern Observatory (ESO) är en partner, ett team av astronomer har direkt mätt vindar i Jupiters mellanatmosfär för första gången. Genom att analysera efterdyningarna av en kometkollision från 1990-talet, forskarna har avslöjat otroligt kraftfulla vindar, med hastigheter på upp till 1450 kilometer i timmen, nära Jupiters poler. De skulle kunna representera vad teamet har beskrivit som ett "unikt meteorologiskt odjur i vårt solsystem."

Jupiter är känd för sina distinkta röda och vita band, virvlande moln av rörlig gas som astronomer traditionellt använder för att spåra vindar i Jupiters lägre atmosfär. Astronomer har också sett, nära Jupiters poler, de levande glöden som kallas norrsken, som verkar förknippas med starka vindar i planetens övre atmosfär. Men tills nu, forskare hade aldrig kunnat direkt mäta vindmönster mellan dessa två atmosfäriska lager, i stratosfären.

Att mäta vindhastigheter i Jupiters stratosfär med hjälp av molnspårningsteknik är omöjligt på grund av frånvaron av moln i denna del av atmosfären. Dock, astronomer försågs med ett alternativt mäthjälpmedel i form av kometen Shoemaker-Levy 9 , som kolliderade med gasjätten på ett spektakulärt sätt 1994. Denna påverkan producerade nya molekyler i Jupiters stratosfär, där de har rört sig med vindarna sedan dess.

Ett team av astronomer, ledd av Thibault Cavalié från Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux i Frankrike, har nu spårat en av dessa molekyler - vätecyanid - för att direkt mäta stratosfärstrålar på Jupiter. Forskare använder ordet "jetstrålar" för att hänvisa till smala vindband i atmosfären, som jordens jetströmmar.

"Det mest spektakulära resultatet är närvaron av starka jetstrålar, med hastigheter på upp till 400 meter per sekund, som ligger under norrsken nära polerna, " säger Cavalié. Dessa vindhastigheter, motsvarande cirka 1450 kilometer i timmen, är mer än två gånger den maximala stormhastigheten som nås i Jupiters stora röda fläck och över tre gånger vindhastigheten som uppmätts på jordens starkaste tornados.

"Vår upptäckt indikerar att dessa strålar kan bete sig som en gigantisk virvel med en diameter på upp till fyra gånger jordens diameter, och cirka 900 kilometer i höjd, " förklarar medförfattaren Bilal Benmahi, även av Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux. "En virvel av denna storlek skulle vara ett unikt meteorologiskt odjur i vårt solsystem, " tillägger Cavalié.

Astronomer var medvetna om starka vindar nära Jupiters poler, men mycket högre upp i atmosfären, hundratals kilometer över fokusområdet för den nya studien, som publiceras idag i Astronomi &Astrofysik . Tidigare studier förutspådde att dessa vindar i övre atmosfären skulle minska i hastighet och försvinna långt innan de nådde så djupt som stratosfären. "De nya ALMA-data säger oss motsatsen, säger Cavalié, och tillägger att det var en "riktig överraskning" att hitta dessa starka stratosfärvindar nära Jupiters poler.

Teamet använde 42 av ALMAs 66 högprecisionsantenner, ligger i Atacamaöknen i norra Chile, för att analysera vätecyanidmolekylerna som har rört sig runt i Jupiters stratosfär sedan Shoemaker-Levy 9:s nedslag. ALMA-data gjorde det möjligt för dem att mäta Dopplerförskjutningen – små förändringar i frekvensen av strålningen som emitteras av molekylerna – orsakade av vindar i denna region av planeten. "Genom att mäta denna förändring, vi kunde härleda vindhastigheten ungefär som man kunde härleda hastigheten på ett passerande tåg genom förändringen i frekvensen av tågets vissling, " förklarar studiens medförfattare Vincent Hue, en planetforskare vid Southwest Research Institute i USA.

Förutom de överraskande polarvindarna, teamet använde också ALMA för att bekräfta förekomsten av starka stratosfärvindar runt planetens ekvator, genom att direkt mäta deras hastighet, också för första gången. De jetstrålar som upptäcks i denna del av planeten har medelhastigheter på cirka 600 kilometer i timmen.

ALMA-observationerna som krävdes för att spåra stratosfärvindar i både Jupiters poler och ekvator tog mindre än 30 minuters teleskoptid. "De höga detaljnivåerna vi uppnådde under denna korta tid visar verkligen kraften i ALMA-observationerna, " säger Thomas Greathouse, en forskare vid Southwest Research Institute i USA och medförfattare till studien. "Det är häpnadsväckande för mig att se den första direkta mätningen av dessa vindar."

"Dessa ALMA-resultat öppnar ett nytt fönster för studiet av Jupiters norrskensregioner, vilket var riktigt oväntat för bara några månader sedan, " säger Cavalié. "De satte också scenen för liknande men mer omfattande mätningar som skulle göras av JUICE-uppdraget och dess Submillimeter Wave Instrument, "Greathouse tillägger, med hänvisning till Europeiska rymdorganisationens JUpiter ICy moons Explorer, som förväntas skjutas upp i rymden nästa år.

Denna forskning presenteras i artikeln "Första direkta mätningen av norrskens- och ekvatorialstrålar i Jupiters stratosfär" som publicerades idag i Astronomi &Astrofysik .