2023 m. pabaigoje Jameso Webbo kosminis teleskopas aptiko netikėtą žalią spinduliuotę Jupiterio viršutinėje atmosferoje. Švytėjimo vieta, intensyvumas ir spektrinis požymis prieštarauja pripažintiems aurorų ir fotocheminiams modeliams. Mokslininkai siūlo įvairius mechanizmus – vandenilio, metano ir amoniako sąveikas arba galimai nežinomus sieros ar fosforo jonus – tačiau nė vienas iš jų iki galo nepaaiškina šio reiškinio. Šis atradimas kelia esminius klausimus apie dujinių milžinų atmosferas ir reikalauja skubaus tyrimo, siekiant nustatyti, ar šis reiškinys yra laikinas, ar nuolatinis.
Atradimas ir jo reikšmė
2023 m. pabaigoje James Webb kosminis teleskopas aptiko netikėtą žalią švytėjimą Jupiterio viršutinėje atmosferoje, todėl buvo pradėti nauji planetos atmosferos chemijos ir aurorų reiškinių tyrimai. Mokslininkai laiko šį atradimą svarbiu, nes panašūs spinduliai dujinių milžinų atmosferose vis dar yra mažai ištirti. Švytėjimo spektrinės charakteristikos rodo, kad galbūt dalyvauja vandenilio arba sieros junginiai, kurie patiria fotochemines reakcijas. Šis stebėjimas kelia iššūkį esamiems atmosferos modeliams ir reikalauja atnaujintų teorinių pagrindų. Tyrėjai prioritetą teikia tolesniems stebėjimams, siekdami nustatyti, ar šis reiškinys yra laikinas, ar nuolatinis atmosferos bruožas, kuris galbūt atskleis naujų įžvalgų apie sudėtingą Jupiterio energijos dinamiką ir cheminius procesus.
3. Pažangios vaizdo gavimo technologijos, naudojamos stebėjimui
Naudodamas infraraudonųjų ir artimų infraraudonųjų spindulių spektroskopijos galimybes, James Webb kosminis teleskopas pasirodė esąs labai naudingas fiksuojant žalią švytėjimą, kurio įprasti prietaisai nepastebėjo. Teleskopo pažangūs jutikliai aptinka ankstesniuose observatorijose nematytus bangos ilgius, atskleidžiant anksčiau paslėptus atmosferos reiškinius.
Jo segmentuota veidrodžio konstrukcija ir sudėtinga spektrografinė analizė leido mokslininkams izoliuoti konkrečias emisijos linijas, atsakingas už švytėjimą. Šios technologijos jautrumas kelis kartus viršija „Hubble“ galimybes, leidžiant tyrėjams nustatyti tikslią šio reiškinio vietą ir intensyvumą Jupiterio viršutinėje atmosferoje. Šis proveržis parodo, kaip technologijų pažanga atskleidžia anksčiau nepastebimus kosminius procesus.
4. Pradinės teorijos: aurorų aktyvumas
Kai mokslininkai pirmą kartą išanalizavo spektroskopinius duomenis iš James Webb kosminio teleskopo, aurorinė veikla tapo pagrindine hipoteze. Jupiterio galinga magnetosfera generuoja auroras, panašias į Žemės šiaurės šviesas, susidarančias, kai įkrautos dalelės susiduria su atmosferos dujomis. Žalios bangos ilgis rodė vandenilio atomų spinduliavimą, kuris yra įprastas Jupiterio aurorų požymis.
Tačiau švytėjimo intensyvumas ir pasiskirstymo modelis žymiai skyrėsi nuo anksčiau užfiksuotų aurorų reiškinių. Tyrėjai pastebėjo, kad švytėjimas išliko netikėtose atmosferos srityse, rodydamas savybes, nesuderinamas su įprastais aurorų modeliais. Šis neatitikimas paskatino tyrėjus apsvarstyti alternatyvius paaiškinimus, kurie peržengia įprastus aurorų mechanizmus.
5. Cheminės reakcijos ir saulės spinduliuotė
Kadangi aurorų paaiškinimai pasirodė nepakankami, kad paaiškintų anomalų švytėjimo modelį, mokslininkai nukreipė savo dėmesį į fotocheminius procesus, vykstančius Jupiterio viršutinėje atmosferoje. Saulės ultravioletinė spinduliuotė sąveikauja su vandenilio, metano ir amoniako junginiais, galimai generuodama švytinčius šalutinius produktus. Aukštos energijos dalelės iš saulės sukelia molekulinę disociaciją ir vėlesnes rekombinacijos reakcijas, išlaisvindamos fotonus matomame spektre.
Laboratoriniai modeliai rodo, kad tokios sąveikos Jupiterio atmosferos sąlygomis gali sukelti žališką spinduliavimą. Mokslininkai tiria, ar saulės intensyvumo sezoniniai pokyčiai koreliuoja su stebimais švytėjimo svyravimais. Ši fotocheminė hipotezė yra perspektyvi šio reiškinio paaiškinimo kryptis, tačiau jos patvirtinimui reikalinga papildoma spektroskopinė analizė.
6. Jupiterio atmosferos sudėtis po lupą
Norėdami išspręsti fotocheminę hipotezę, mokslininkai pirmiausia turi nustatyti išsamų pagrindinį Jupiterio atmosferos sudedamųjų dalių ir jų santykinio gausumo įvairiuose aukščiuose modelį.
Dabartinė spektroskopinė analizė rodo, kad vyrauja vandenilis ir helis, o metanas, amoniakas ir vandens garai yra tik nedideliais kiekiais. Tačiau žalios šviesos bangos ilgis – maždaug 557 nanometrai – neatitinka žinomų Jupiterio atmosferos junginių pagal esamus modelius.
Mokslininkai tiria, ar šią emisiją galėtų sukelti neatrastos cheminės medžiagos arba nauji reakcijų būdai, susiję su sieros junginiais, fosfinu arba egzotiškais jonais. Naujausių misijų metu naudojami pažangūs prietaisai teikia beprecedentinius atmosferos duomenis, tačiau galutiniai atsakymai vis dar lieka neaiškūs, todėl reikalingi patobulinti laboratoriniai eksperimentai ir kompiuterinis modeliavimas.
7. Reikšmė dujų milžinų supratimui
Be paties Jupiterio, nepaaiškinamas žalias švytėjimas turi gilias pasekmes planetų mokslo supratimui apie dujinių milžinų atmosferas visoje Saulės sistemoje ir už jos ribų. Šis reiškinys kelia iššūkį esamiems atmosferos chemijos ir energijos pasiskirstymo masyviose planetose modeliams. Mokslininkai turi persvarstyti pagrindines prielaidas apie aurorų mechanizmus ir fotocheminius procesus vandenilio ir helio dominuojančioje aplinkoje.
Šios anomalijos supratimas galėtų paaiškinti panašius procesus, vykstančius Saturne, Urane ir Neptūne, ir galbūt atskleisti anksčiau nepastebėtus atmosferos reiškinius. Šis atradimas reikalauja patobulintos spektroskopinės analizės ir peržiūrėtų teorinių modelių, kurie galiausiai padėtų gilinti žinias apie egzoplanetų atmosferas ir jų potencialius tinkamumo gyventi rodiklius.
8. Ateities tyrimų kryptys ir tolesni veiksmai
Atsižvelgdama į nuolatines spragas dabartiniuose žiniose, mokslo bendruomenė prioritetą teikia keliems tikslinėms tyrimams, siekdama išspręsti Jupiterio žalios šviesos mįslę. James Webb kosminis teleskopas atliks spektroskopinę analizę, kad nustatytų cheminę sudėtį tam tikruose bangų ilgiuose. Tuo pačiu metu mokslininkai planuoja patobulinti atmosferos modeliavimą, naudodami pažangius skaičiavimo metodus.
Antžeminės observatorijos nuolat stebės, kad nustatytų laikinus modelius ir sąsajas su saulės aktyvumu. Būsimose misijose gali būti naudojami specializuoti prietaisai, skirti matuoti aurorų spinduliavimą ir elektromagnetines sąveikas. Bendradarbiaujant tarptautiniu mastu siekiama palyginti duomenis iš įvairių platformų, kad galiausiai būtų nustatyta, ar šis reiškinys kyla dėl cheminių reakcijų, energijos perdavimo ar anksčiau nežinomų atmosferos procesų.