Jupiters sydpol har en ny cyklon. Upptäckten av den massiva jovianska stormen inträffade den 3 november, 2019, under Jupiters senaste datainsamlingsflygning av NASA:s rymdfarkost Juno. Det var den 22:a förbiflygningen under vilken den soldrivna rymdfarkosten samlade in vetenskapliga data om gasjätten, skyhöga bara 2, 175 miles (3, 500 kilometer) ovanför dess molntoppar. Förbiflygningen markerade också en seger för uppdragsteamet, vars innovativa åtgärder höll den soldrivna rymdfarkosten fri från vad som kunde ha varit en förmörkelse som avslutade uppdraget.

"Kombinationen av kreativitet och analytiskt tänkande har återigen lönat sig stort för NASA, sa Scott Bolton, Juno huvudforskare från Southwest Research Institute i San Antonio. "Vi insåg att omloppsbanan skulle föra Juno in i Jupiters skugga, vilket kan få allvarliga konsekvenser eftersom vi är solenergidrivna. Inget solljus betyder ingen kraft, så det fanns en verklig risk att vi kunde frysa ihjäl. Medan teamet försökte ta reda på hur vi skulle spara energi och hålla vår kärna uppvärmd, ingenjörerna kom på en helt ny väg ut ur problemet:Jump Jupiters skugga. Det var inget mindre än ett genidrag. Ser man på, först ut ur porten på andra sidan, vi gör en annan grundläggande upptäckt."

När Juno först anlände till Jupiter i juli 2016, dess infraröda kameror och kameror med synligt ljus upptäckte gigantiska cykloner som omringade planetens poler - nio i norr och sex i söder. Var de, som sina jordiska syskon, ett övergående fenomen, tar det bara veckor att utveckla och sedan ebba ut? Eller kan dessa cykloner, var och en nästan lika bred som den kontinentala USA, vara mer permanenta inventarier?

Med varje förbiflygning, uppgifterna förstärkte tanken att fem vindstormar virvlade i ett femkantigt mönster runt en central storm på sydpolen och att systemet verkade stabilt. Ingen av de sex stormarna visade tecken på att ge efter för att låta andra cykloner ansluta sig.

"Det verkade nästan som om polarcyklonerna var en del av en privat klubb som verkade motstå nya medlemmar, sa Bolton.

Sedan, under Junos 22:a vetenskapspass, en ny, mindre cyklon vaknade till liv och gick med i striden.

Livet för en ung cyklon

"Data från Junos Jovian Infrared Auroral Mapper [JIRAM] instrument indikerar att vi gick från en femhörning av cykloner som omger en i mitten till ett sexkantigt arrangemang, sa Alessandro Mura, en Juno-medforskare vid National Institute for Astrophysics i Rom. "Det här nya tillägget är mindre till växten än sina sex mer etablerade cyklonbröder:Det är ungefär lika stort som Texas. Kanske kommer JIRAM-data från framtida förbiflygningar att visa att cyklonen växer till samma storlek som sina grannar."

Undersöka väderlagret ner till 30 till 45 miles (50 till 70 kilometer) under Jupiters molntoppar, JIRAM fångar infrarött ljus som kommer från djupt inuti Jupiter. Dess data indikerar vindhastigheter för den nya cyklonen i genomsnitt 225 mph (362 km/h) - jämförbart med hastigheten som finns hos dess sex mer etablerade polarkollegor.

Rymdfarkostens JunoCam fick också bilder i synligt ljus av den nya cyklonen. De två datamängderna belyser atmosfäriska processer för inte bara Jupiter utan även andra gasjättar Saturnus, Uranus och Neptunus såväl som de från gigantiska exoplaneter som nu upptäcks; de belyser till och med atmosfäriska processer av jordens cykloner.

"Dessa cykloner är nya väderfenomen som inte har setts eller förutspåtts tidigare, " sa Cheng Li, en Juno-forskare från University of California, Berkeley. "Naturen avslöjar ny fysik angående vätskerörelser och hur gigantiska planetatmosfärer fungerar. Vi börjar förstå det genom observationer och datorsimuleringar. Framtida Juno-förbiflygningar kommer att hjälpa oss att ytterligare förfina vår förståelse genom att avslöja hur cyklonerna utvecklas över tiden."

Skugghoppning

Självklart, den nya cyklonen skulle aldrig ha upptäckts om Juno hade frusit ihjäl under förmörkelsen när Jupiter kom mellan rymdfarkosten och solens värme och ljusstrålar.

Juno har navigerat i rymden sedan 2011. Den gick in i en första 53-dagars bana runt Jupiter den 4 juli, 2016. Ursprungligen, uppdraget planerade att minska storleken på dess omloppsbana några månader senare för att förkorta perioden mellan gasjättens vetenskapsflyg till var 14:e dag. Men projektgruppen rekommenderade NASA att avstå från bränningen av huvudmotorn på grund av oro över rymdfarkostens bränsleleveranssystem. Junos 53-dagars bana ger all vetenskap som ursprungligen planerat; det tar bara längre tid att göra det. Junos längre liv på Jupiter är det som ledde till behovet av att undvika Jupiters skugga.

"Ända sedan dagen vi gick in i omloppsbana runt Jupiter, vi såg till att den förblev badad i solljus 24/7, sa Steve Levin, Juno-projektforskare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien. "Våra navigatörer och ingenjörer berättade för oss att en dag av räkning var på väg, när vi skulle gå in i Jupiters skugga i cirka 12 timmar. Vi visste att under en så lång period utan ström, vår rymdfarkost skulle drabbas av ett liknande öde som Opportunity rover, när Mars himmel fylldes med damm och blockerade solens strålar från att nå dess solpaneler."

Utan att solens strålar ger kraft, Juno skulle kylas under testade nivåer, så småningom tömmer sina battericeller bortom återhämtning. Så navigeringsteamet utarbetade en plan för att "hoppa i skuggan, "manövrera rymdfarkosten precis tillräckligt så att dess bana skulle missa förmörkelsen.

"I rymden, du är antingen i solljus eller utanför solljus; det finns verkligen inget mittemellan, sa Levin.

Navigatörerna beräknade att om Juno utförde en raketbränning veckor före den 3 november, medan rymdfarkosten var så långt i sin bana från Jupiter som den kommer, de kunde modifiera dess bana tillräckligt för att ge förmörkelsen snett. Manövern skulle använda rymdfarkostens reaktionskontrollsystem, som från början inte var avsedd att användas för en manöver av denna storlek och varaktighet.

Den 30 september klockan 19:46 EDT (16:46 PDT), bränningen av reaktionskontrollsystemet började. Det tog slut 10 ½ timme senare. Framdrivningsmanövern – fem gånger längre än någon tidigare användning av det systemet – ändrade Junos omloppshastighet med 126 mph (203 km/h) och förbrukade cirka 160 pund (73 kg) bränsle. Trettiofyra dagar senare, rymdskeppets solarrayer fortsatte att omvandla solljus till elektroner i oförminskad grad när Juno förberedde sig på att skrika ännu en gång över Jupiters molntoppar.

"Tack vare våra navigatörer och ingenjörer, vi har fortfarande ett uppdrag, ", sade Bolton. "Vad de gjorde är mer än att bara göra vår cyklonupptäckt möjlig; de möjliggjorde de nya insikter och uppenbarelser om Jupiter som ligger framför oss."