2020.08.08.

Ammónia-jégeső hullik a Jupiter sekélyen villámló zivataraiból

Két különösen izgalmas tanulmány is született a Jupiter zivatarainak kísérőjelenségeiről: a villámokról és a jégesőről.

Az óriásbolygó villámait a Voyager idejéből ismerjük, az akkori technológia azonban másnak mutatta őket, mint amilyenek a valóságban. Sokáig úgy hittük, hogy a földi óriásvillámokhoz hasonlóak, de a Juno rádiófrekvenciás megfigyelése már ennek az ellenkezőjét mutatták: a Jupiteren ugyanakkorák a villámok, mint itthon, csak korábban nem voltak elég kifinomultak a műszerink a részletek megismeréséhez. Most egy újabb tanulmány foglalkozik a villámokkal, szintén a Junonak köszönhetően: az űrszonda SRU (Stellar Reference Unit, vagyis a csillagászati navigációra használt) kamerájával készült felvételeket elemezték.

A villámok mélységének meghatározására egy olyan mérőszámot alkalmaztak, amely az angolban a HWHM rövidítéssel fut, és azt jelenti, hogy mekkora az a sugárirányú távolság, ami alatt a villámlás felhőzetben szóródó csúcsfényének erőssége megfeleződik. Ez a mérőszám a szóródás mértéke alapján elárulja, hogy mekkora felhőréteg van a villám felett, vagyis azt, hogy a Jupiter légkörének milyen mélységéből származik a villám. Minél mélyebb légkori rétegben keletkezik a villám, annál nagyobb ez a mérőszám, mivel annál távolabbra szóródik a villám fénye. Hat villám esetére tudták elvégezni a számításokat, és ezek alapján megbecsülni, hogy milyen légköri mélységben pattantak ki a villámok. A Voyager mérései alapján még úgy véltük, hogy 45-65 km mélységben születnek meg a villámok, mivel ez az a légköri mélység, ahol a víz mindhárom halmazállapotában előfordul (és ez előfeltétele a villámlásnak). Az új számítások szerint azonban a villámlások mindössze 25 km-rel a látható felhőtető szintje alatt születtek, ami igen kis mélység, ezért ezeknek a villámoknak a „sekély villám” elnevezést adták. Ezen a légköri szinten viszont már nem fordulhat elő folyékony halmazállapotú víz, mivel kb. -90°C hideg van, ezért valami más magyarázat kell ahhoz, hogy mégis mi biztosíthatja a folyékony halmazállapotot. A kutatók szerint e légrétegben megtalálható ammónia gáz játszik szerepet abban, hogy kialakulhasson folyékony víz is: az ammóniával találkozó vízjég megolvad, ezzel kialakul az ammónia vizes oldata, ami már folyékony halmazállapotú, és eleget tesz a villámláshoz szükséges feltételeknek. Az aláhulló ammónia-víz cseppek találkoznak a felhőben felfelé igyekvő vízjég kristályaival, és elektromosan feltöltődik ennek hatására a felhő, s kialakulhat a villám.

A Juno MWR (Microwave Radiometer – mikrohullámú sugárzásmérő) műszere korábban felfedezte már, hogy a Jupiter magaslégköri ammóniatartalma egyes helyeken kiülepedik – de nem volt válasz rá, hogy mitől. A Jupiter zivatarfelhői működésének újonnan felismert tulajdonságai azonban magyarázatot adtak erre a rejtélyre is. A második tanulmány erre a kérdésre találta meg a választ.

Az egyszerű ammónia-víz keverékből álló eső nem magyarázta meg az eltűnő ammónia mennyiségét, mivel a modellszámítások szerint csak igen kevéske (a teljes mennyiség maximum 3%-a) ammónia tudna a túlhűlt vízcseppekben feloldódni, így a látott mennyiség nem tűnhetett volna el a mérésekből, így ezen felül valami további folyamatnak is kell léteznie. Azt már egy egészen korai kutatásban (1969!) megjegyezték, hogy képes az ammónia és a víz fagyott állapotban igen jelentősen keveredni, – 85 és -100°C közötti hőmérsékleti tartományban 30-40% körüli fagyos ammónia oldat képződik (vagyis nem külön vízjég és ammóniajég). Ez a hőmérsékleti tartomány pedig pontosan a Jupiter zivatarfelhőinek azon tartománya, ahol a sekély villámok is megszületnek.

Itt kapcsolódik össze a két kutatás: a felhők magas szintjein, ahol vízjég van egy helyen jelen az ammóniával, kialakulnak olyan cseppek, amelyekben a víz és az ammónia keveredik, majd lefelé hullva a külső vizes rétegük megfagy, s ezek a fagyos szemcsék a vízcseppeknél jóval nagyobb mélységekbe képesek szállítani az ammóniát. Az elmélet szerint az így kialakuló két összetevős jégeső szemcséi 2/3 részben vízből, 1/3 részben ammóniából állnak, és nem a klasszikus jégszemcsékre, hanem jóval inkább valamiféle hógolyószerű, kissé latyakos, graupel-jellegű szemcsére hasonlítanak, így a kutatóktól a jégkása-eső nevet kapták. A szemcsék hízása során erre a jégkására normál vízjég kéreg fagy ki, majd az így létrejövő szemcsék átlag mérete a kutatók elemzése szerint (amelybe nem számolták bele a felhőn belüli turbulenciákat) 10cm átmérőjű lehet. Mivel a Jupiter zivatarfelhői jóval magasabbak, így a jégképződésre is több „hely” van: míg a földi felhőkben kb. 3 km áll rendelkezésre, a Jupiteren 50 km. A nagy szemcsék mélyre hullásuk során a külső vízjég réteget veszítik el először, ez azután újrafelhasználásra kerülhet a zivatarfelhő feláramlásaiban, eközben a belső, nagy ammóniatartalmú jégkása egészen mély légköri rétegekbe jut le, ahol aztán ez is elpárologhat. A zivatarokkal így kihulló ammónia megmagyarázza, hogy a mikrohullámú műszer méréseiben miért találtak ammóniában szegény foltokat a Jupiter magas légkörében.

Rövid videós ismertető a folyamatról

A két kutatásban közös még az is, hogy mindegyik szerzői közt ott van az a Heidi Becker, aki diplomás balerinaként kezdte a karrierjét, majd 10 év színházi táncot követően fizikából is szerzett diplomát és a JPL-hez került, s azóta a Juno szonda radiométerének vezető kutatójaként a fentiekhez hasonló izgalmas tudományos felfedezésekért felelős. Valószínűleg ő az egyetlen balerina a NASA alkalmazásában.

A JPL híre itt1 olvasható. A Nature cikke augusztus 5-i dátummal jelent meg – itt2 olvasható – a JGR Planets cikke szintén augusztus 5-én látott napvilágot, ami pedig itt3.

Landy-Gyebnár Mónika
(További fordítások a szerzőtől facebookon:  Égen – Földön – Föld alatt)
Nincs még értékelés

Értékelés

About the Author: