I den virvlande taket av Jupiters atmosfär är molnfria lappar så exceptionella att de stora får det speciella namnet "hot spots". Exakt hur dessa rensningar bildas och varför de bara hittas nära planetens ekvator har länge varit mysterier. Nu med hjälp av bilder från NASA: s Cassini-rymdskepp har forskare funnit nya bevis på att heta platser i Jupiters atmosfär skapas av en Rossby-våg, ett mönster som också ses i jordens atmosfär och hav. Teamet tyckte att vågen var ansvarig för de heta platserna glider upp och ner genom lagren av atmosfären som en karusellhäst på en glatt-runda.
"Detta är första gången någon har noggrant spårat formen på flera hotspots under en tidsperiod, vilket är det bästa sättet att uppskatta den dynamiska naturen hos dessa funktioner," sade studiens huvudförfattare, David Choi, en NASA postdoktor arbetar vid NASA: s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Md. Uppsatsen publiceras online i aprilutgåvan av tidskriften Icarus.
Choi och hans kollegor gjorde tid förflutna filmer från hundratals observationer tagna av Cassini under dess flyby av Jupiter i slutet av 2000, då rymdskeppet gjorde sin närmaste strategi till planeten. Filmerna zooma in på en rad hotspots mellan en av Jupiters mörka bälten och ljusa vita zoner, ungefär 7 grader norr om ekvatorn. I ungefär två månader (i jordtid) undersöker studien de dagliga och veckovisa förändringarna i storleken och formerna på hotspots, som var och en täcker mer area än Nordamerika i genomsnitt.
Mycket av vad forskare vet om hot spots kom från NASA: s Galileo-uppdrag, som släppte en atmosfärisk sond som sjönk ner till en hot spot 1995. Detta var den första, och hittills enda, platsundersökningen av Jupiters atmosfär.
"Galileos sondata och en handfull orbiterbilder antydde på de komplexa vindarna som virvlade runt och genom dessa heta ställen och väckte frågor om huruvida de i grund och botten var vågor, cykloner eller något däremellan," sa Ashwin Vasavada, en pappersmedförfattare som är baserad på NASA: s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien, och som var medlem i Cassini-avbildningsteamet under Jupiter-flyby. "Cassinis fantastiska filmer visar nu hela livscykeln och utvecklingen av heta platser i detalj."
Eftersom heta ställen är pauser i molnen, ger de fönster till ett normalt osynligt lager av Jupiters atmosfär, kanske ända ner till nivån där vattnet moln kan bildas. På bilder verkar heta punkter skuggiga, men eftersom de djupare lagren är varmare är heta ställen mycket ljusa vid de infraröda våglängderna där värme avkänns; i själva verket så här fick de sitt namn.
En hypotes är att heta ställen uppstår när stora luftutsläpp sjunker i atmosfären och värms upp eller torkas ut under processen. Men den överraskande regelbundenheten hos heta ställen har fått vissa forskare att misstänka att det är en atmosfärisk våg inblandad. Vanligtvis står åtta till 10 heta ställen i linje, ungefär jämnt fördelade, med täta vita molnmusslar mellan dem. Detta mönster kan förklaras av en våg som skjuter ner kall luft, bryter upp eventuella moln och sedan bär upp varm luft upp, vilket orsakar det tunga molntäcket som ses i plommorna. Datormodellering har stärkt denna resonemang.
Från Cassini-filmerna kartlade forskarna vindarna i och runt varje hot spot och plume och undersökte interaktioner med virvlar som går förbi, förutom vindgyr, eller spiralformiga virvlar, som smälter samman med hot spots. För att separera dessa rörelser från jetströmmen där de heta platserna finns, spårade forskarna också rörelserna av små "scooter" moln, liknande cirrus moln på jorden. Detta gav vad som kan vara den första direkta mätningen av jetströmens verkliga vindhastighet, som klockades på mellan 300 till 450 mph (500 till 720 kilometer per timme) - mycket snabbare än någon tidigare trott. De heta platserna uppleva i en roligare takt på cirka 225 km / h (362 kilometer per timme).
Genom att reta ut dessa enskilda rörelser såg forskarna att rörelserna i de heta platserna passar mönstret för en Rossby-våg i atmosfären. På jorden spelar Rossbyvågor en viktig roll i vädret. Till exempel när en explosion av frigid arktisk luft plötsligt doppar ner och fryser Floridas grödor, interagerar en Rossby-våg med polarstrålen och skickar den från sin typiska kurs. Vågen reser runt vår planet men vandrar regelbundet norr och söder när den går.
Vågen som är ansvarig för de heta platserna cirklar också planeten väster till öst, men istället för att vandra norr och söder glider den upp och ner i atmosfären. Forskarna uppskattar att denna våg kan stiga och falla mellan 24 och 50 kilometer i höjd.
De nya resultaten bör hjälpa forskare att förstå hur väl observationerna som återförts av Galileo-sonden sträcker sig till resten av Jupiters atmosfär. "Och det är ytterligare ett steg i att svara på fler av de frågor som fortfarande omger heta platser på Jupiter," sade Choi.
