Att rusa genom atmosfären högt över Jupiters ekvator är en öst-västlig jetström som vänder kursen på ett schema nästan lika förutsägbart som ett Tokyo-tåg. Nu, ett team som leds av NASA har identifierat vilken typ av våg som tvingar detta jetplan att ändra riktning.

Liknande ekvatoriska jetströmmar har identifierats på Saturnus och på jorden, där en sällsynt störning av det vanliga vindmönstret komplicerade väderprognoser i början av 2016. Den nya studien kombinerar modellering av Jupiters atmosfär med detaljerade observationer gjorda under loppet av fem år från NASA:s Infrared Telescope Facility, eller IRTF, på Hawaii. Fynden kan hjälpa forskare att bättre förstå den dynamiska atmosfären hos Jupiter och andra planeter, inklusive de utanför vårt solsystem.

"Jupiter är mycket större än jorden, mycket längre bort från solen, roterar mycket snabbare, och har en helt annan sammansättning, men det visar sig vara ett utmärkt laboratorium för att förstå detta ekvatorialfenomen, sa Rick Cosentino, en postdoktor vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, och huvudförfattare till tidningen publicerad i Journal of Geophysical Research - Planeter .

Jordens ekvatoriska jetström upptäcktes efter att observatörer såg skräp från utbrottet av vulkanen Krakatoa 1883 bäras av en västlig vind i stratosfären, regionen i atmosfären där moderna flygplan uppnår marschhöjd. Senare, väderballonger dokumenterade en östlig vind i stratosfären. Forskare fastställde så småningom att dessa vindar vände kursen regelbundet och att båda fallen var en del av samma fenomen.

Det alternerande mönstret börjar i den nedre stratosfären och fortplantar sig ner till gränsen till troposfären, eller det lägsta lagret av atmosfären. I dess östliga fas, det är förknippat med varmare temperaturer. Den västra fasen är förknippad med svalare temperaturer. Mönstret kallas jordens kvasi-tvååriga oscillation, eller QBO, och en cykel varar cirka 28 månader. Fasen i QBO verkar påverka transporten av ozon, vattenånga och föroreningar i den övre atmosfären samt produktion av orkaner.

Jupiters cykel kallas kvasi-kvadrennial oscillation, eller QQO, och det varar ungefär fyra jordår. Saturnus har sin egen version av fenomenet, den kvasi-periodiska oscillationen, med en varaktighet av cirka 15 jordår. Forskare har en allmän förståelse för dessa mönster men arbetar fortfarande på hur mycket olika typer av atmosfäriska vågor bidrar till att driva svängningarna och hur lika fenomenen är varandra.

Tidigare studier av Jupiter hade identifierat QQO genom att mäta temperaturer i stratosfären för att härleda vindhastighet och riktning. Den nya uppsättningen mätningar är den första som spänner över en hel cykel av QQO och täcker ett mycket större område av Jupiter. Observationer sträckte sig över ett stort vertikalt område och sträckte sig över breddgrader från cirka 40 grader norr till cirka 40 grader söder. Teamet uppnådde detta genom att montera ett högupplöst instrument som heter TEXES, förkortning för Texas Echelon Cross Echelle Spectrograph, på IRTF.

"Dessa mätningar kunde sondera tunna vertikala skivor av Jupiters atmosfär, "sa medförfattaren Amy Simon, en Goddard-forskare som är specialiserad på planetariska atmosfärer. "Tidigare datamängder hade lägre upplösning, så signalerna var i huvudsak utsmetade över en stor del av atmosfären."

Teamet fann att ekvatorialstrålen sträcker sig ganska högt in i Jupiters stratosfär. Eftersom mätningarna täckte en så stor region, forskarna kunde eliminera flera typer av atmosfäriska vågor från att vara viktiga bidragsgivare till QQO, lämnar gravitationsvågor som den primära drivkraften. Deras modell antar att gravitationsvågor produceras av konvektion i den lägre atmosfären och färdas upp i stratosfären, där de tvingar QQO att ändra riktning.

Resultaten av simuleringar var en utmärkt matchning med den nya uppsättningen observationer, indikerar att de identifierade mekanismen korrekt. På jorden, gravitationsvågor anses mest sannolikt vara ansvariga för att tvinga QBO att ändra riktning, även om de inte verkar vara starka nog att göra jobbet ensamma.

"Genom denna studie fick vi en bättre förståelse för de fysiska mekanismerna som kopplar samman den nedre och övre atmosfären i Jupiter, och därmed en bättre förståelse av atmosfären som helhet, sa Raúl Morales-Juberías, den andra författaren på tidningen och en docent vid New Mexico Institute of Mining and Technology i Socorro. "Trots de många skillnaderna mellan jorden och Jupiter, kopplingsmekanismerna mellan den nedre och övre atmosfären på båda planeterna är likartade och har liknande effekter. Vår modell skulle kunna användas för att studera effekterna av dessa mekanismer på andra planeter i solsystemet och på exoplaneter."