I den virvlende kalesjen av Jupiters atmosfære er skyfri lapper så eksepsjonelle at de store får det spesielle navnet “hot spots”. Nøyaktig hvordan disse lysningene dannes og hvorfor de bare finnes i nærheten av klodens ekvator, har lenge vært mysterier. Nå, ved å bruke bilder fra NASAs Cassini-romfartøy, har forskere funnet nye bevis på at hot spots i Jupiters atmosfære er skapt av en Rossby-bølge, et mønster også sett i jordas atmosfære og hav. Teamet fant bølgen som var ansvarlig for hot spots glider opp og ned gjennom lag av atmosfæren som en karusellhest på en lystig runde.
"Dette er første gang noen har sporet formen til flere hot spots over en periode, noe som er den beste måten å sette pris på den dynamiske naturen til disse funksjonene," sa studiens hovedforfatter, David Choi, en NASA postdoktorisk stipendiat arbeider ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Md. Avisen er publisert online i aprilutgaven av tidsskriftet Icarus.
Choi og kollegene lagde tid-forfallsfilmer fra hundrevis av observasjoner tatt av Cassini under flyet av Jupiter i slutten av 2000, da romfartøyet kom nærmest til planet. Filmene zoomer inn på en linje med hot spots mellom en av Jupiters mørke belter og lyse hvite soner, omtrent 7 grader nord for ekvator. I løpet av cirka to måneder (i jordetid) undersøker studien de daglige og ukentlige endringene i størrelsene og formene på hot spots, som hver gjennomsnitt dekker mer areal enn Nord-Amerika.
Mye av det forskerne vet om hot spots, kom fra NASAs Galileo-oppdrag, som ga ut en atmosfærisk sonde som sank ned til et hot spot i 1995. Dette var den første, og så langt eneste, in situ-undersøkelsen av Jupiters atmosfære.
"Galileos sonderingsdata og en håndfull omløpsbilder antydet om de komplekse vindene som virvlet rundt og gjennom disse varme stedene, og reiste spørsmål om de i utgangspunktet var bølger, sykloner eller noe i mellom," sa Ashwin Vasavada, en medforfatter på papiret som er basert på NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, California, og som var medlem av Cassini-avbildningsteamet under Jupiter flyby. "Cassinis fantastiske filmer viser nå hele livssyklusen og utviklingen av hot spots i stor detalj."
Fordi hot spots er pauser i skyene, gir de vinduer til et normalt usett lag i Jupiters atmosfære, muligens helt ned til nivået der det kan dannes vannskyer. På bilder virker hot spots skyggefulle, men fordi de dypere lagene er varmere, er hot spots veldig lyse ved de infrarøde bølgelengdene der varme blir registrert; faktisk, dette er hvordan de fikk navnet sitt.
En hypotese er at hot spots oppstår når store utkast av luft synker i atmosfæren og blir oppvarmet eller tørket ut i prosessen. Men den overraskende regelmessigheten av hot spots har ført til at noen forskere har mistanke om at det er en atmosfærebølge involvert. Vanligvis stiller åtte til 10 hot spots seg, noenlunde jevnt fordelt, med tette hvite skyskyer imellom. Dette mønsteret kan forklares med en bølge som skyver kald luft ned, bryter opp eventuelle skyer, og deretter fører varm luft opp, noe som forårsaker det tunge skydekket sett i rommene. Datamodellering har styrket denne begrunnelsesgrensen.
Fra Cassini-filmene kartla forskerne vindene i og rundt hver hot spot og plume, og undersøkte interaksjoner med virvler som går forbi, i tillegg til vindyr eller spiralhvirvler, som smelter sammen med hot spots. For å skille disse bevegelsene fra jetstrømmen der hot spots befinner seg, sporet forskerne også bevegelsene til små "scooter" -skyer, som ligner på cirrusskyer på jorden. Dette ga den første direkte måling av den virkelige vindhastigheten til jetstrømmen, som ble klokket til mellom 500 til 720 kilometer i timen - mye raskere enn noen tidligere trodde. Hot spots flekker i det roligere tempoet på rundt 225 mph (362 kilometer i timen).
Ved å drille ut disse individuelle bevegelsene, så forskerne at bevegelsene til de varme stedene passer til mønsteret av en Rossby-bølge i atmosfæren. På jorden spiller Rossby-bølger en stor rolle i været. For eksempel når en eksplosjon av frigid arktisk luft plutselig dypper ned og fryser Floridas avlinger, samhandler en Rossby-bølge med den polare jetstrømmen og sender den fra sitt typiske kurs. Bølgen reiser rundt planeten vår, men vandrer med jevne mellomrom nord og sør når den går.
Bølgen som er ansvarlig for hot spots, sirkler også planeten vest mot øst, men i stedet for å vandre nord og sør, glir den opp og ned i atmosfæren. Forskerne anslår at denne bølgen kan stige og falle 15 til 30 miles (24 til 50 kilometer) i høyde.
De nye funnene skal hjelpe forskere til å forstå hvor godt observasjonene som ble returnert av Galileo-sonden, strekker seg til resten av Jupiters atmosfære. "Og det er enda et skritt i å svare på flere av spørsmålene som fortsatt omgir hot spots på Jupiter," sa Choi.
