Sao Mộc có một số đặc điểm khí quyển đặc biệt nhất trong hệ mặt trời. Vết Đỏ Lớn của Sao Mộc đủ lớn để bao quanh Trái đất và gần như nổi tiếng như một số sông và núi trên Trái đất mà chúng ta gọi là nhà. Tuy nhiên, giống như Trái đất, Sao Mộc luôn thay đổi và vẫn còn nhiều điều chúng ta cần tìm hiểu về hành tinh này. Kính viễn vọng Không gian James Webb của NASA đang làm sáng tỏ một số bí ẩn này, tiết lộ những đặc điểm mới của Sao Mộc mà chúng ta chưa từng thấy trước đây, bao gồm cả các máy bay phản lực tốc độ cao chạy đua cao trên đường xích đạo của hành tinh.
Một máy bay phản lực hẹp gần xích đạo của Sao Mộc với sức gió 320 dặm một giờ. Hình ảnh này của Sao Mộc từ Camera cận hồng ngoại (NIRCam) của Kính viễn vọng Không gian James Webb của NASA cho thấy hành tinh tráng lệ này với độ chi tiết tuyệt đẹp dưới ánh sáng hồng ngoại. Trong hình ảnh này, độ sáng tượng trưng cho chiều cao. Vô số "đốm" và "sọc" màu trắng sáng có khả năng là các đỉnh mây bị ngưng tụ bởi các cơn bão đối lưu ở độ cao lớn. Cực quang, được thể hiện bằng màu đỏ trong hình ảnh này, kéo dài lên bầu trời phía trên cực bắc và cực nam của Trái đất. Ngược lại, dải tối phía bắc xích đạo hầu như không có mây che phủ. Nguồn: NASA, ESA, CSA, STScI, Ricardo Hueso (UPV), Imkede Pater (Đại học California, Berkeley), Thierry Fouchet (Đài thiên văn Paris), Leigh Fletcher (Đại học Leicester), Michael H. Wong (Đại học California, Berkeley) Cleeley), Joseph DePasquale (STScI)
Mặc dù máy bay phản lực không trực quan hoặc đầy cảm hứng như một số đặc điểm khác của Sao Mộc, nó đã mang lại cho các nhà nghiên cứu những hiểu biết sâu sắc đáng kinh ngạc về cách các lớp khí quyển của Sao Mộc tương tác với nhau và cách kính viễn vọng Webb có thể hỗ trợ các nghiên cứu này trong tương lai.
Các nhà nghiên cứu sử dụng Camera hồng ngoại gần (NIRCam) của Kính viễn vọng Không gian James Webb của NASA đã phát hiện ra các tia phản lực tốc độ cao phía trên đường xích đạo của Sao Mộc, phía trên các đám mây chính. Ở bước sóng 2,12 micron, cách đám mây của Sao Mộc khoảng 12-21 dặm (20-35 km), các nhà nghiên cứu đã tìm thấy một số đường cắt gió, những vùng mà tốc độ gió thay đổi theo độ cao hoặc khoảng cách, cho phép họ theo dõi các tia nước. Hình ảnh này nêu bật một số đặc điểm xung quanh đường xích đạo của Sao Mộc bị nhiễu loạn rất rõ ràng bởi chuyển động của các tia giữa một vòng quay của Sao Mộc (10 giờ). Nguồn: NASA, ESA, CSA, STScI, Ricardo Hueso (UPV), Imkede Pater (Đại học California, Berkeley), Thierry Fouchet (Đài quan sát Paris), Leigh Fletcher (Đại học Leicester), Michael H. Wong (Đại học California, Berkeley), Joseph DePasquale (STScI)
Webb Space Kính viễn vọng phát hiện ra tính năng mới trong bầu khí quyển của sao Mộc
Kính viễn vọng không gian James Webb của NASA đã phát hiện ra một tính năng mới, chưa từng thấy trong bầu khí quyển của sao Mộc. Máy bay phản lực tốc độ cao này rộng hơn 3.000 dặm (4.800 km) và nằm phía trên những đám mây chính phía trên đường xích đạo của Sao Mộc. Việc phát hiện ra dòng phản lực này làm sáng tỏ cách các lớp bầu khí quyển hỗn loạn nổi tiếng của Sao Mộc tương tác với nhau và cách kính thiên văn Webb theo dõi các đặc điểm này một cách độc đáo.
Ricardo Hueso thuộc Đại học Xứ Basque ở Bilbao, Tây Ban Nha, là tác giả đầu tiên của bài báo mô tả khám phá này. “Những điều kỳ lạ trong bầu khí quyển của Sao Mộc, thứ mà chúng ta luôn nghĩ là mờ nhạt, giờ đây dường như là những đặc điểm rõ ràng mà chúng ta có thể theo dõi khi Sao Mộc quay nhanh.”
Khả năng chụp ảnh độc đáo của Webb
Nhóm đã phân tích dữ liệu do Camera cận hồng ngoại (NIRCam) của Webb thu thập vào tháng 7 năm 2022. Sáng kiến khoa học phát hành sớm, do Imkede Pater thuộc Đại học California, Berkeley và Thierry Fouchet thuộc Đài quan sát Paris đồng chủ trì, nhằm mục đích chụp ảnh Sao Mộc bằng bốn bộ lọc khác nhau, mỗi bộ lọc có khả năng phát hiện những thay đổi đặc trưng nhỏ trong bầu khí quyển của Sao Mộc ở các độ cao khác nhau, được chụp trong khoảng thời gian 10 giờ hoặc một ngày Sao Mộc.
Bầu khí quyển của Sao Mộc được phân lớp và hình minh họa này cho thấy kính thiên văn Webb có khả năng thu thập thông tin từ tầng cao hơn của khí quyển như thế nào so với trước đây. Các nhà khoa học đã có thể sử dụng kính thiên văn Webb để xác định tốc độ gió ở các tầng khác nhau của bầu khí quyển Sao Mộc, cho phép họ cô lập các tia tốc độ cao. Các quan sát Sao Mộc được thực hiện dưới ba bộ lọc khác nhau, cách nhau 10 giờ, tức là một ngày của Sao Mộc. Mỗi bộ lọc có thể phát hiện những thay đổi đặc trưng nhỏ ở các độ cao khác nhau trong bầu khí quyển của Sao Mộc. Nguồn: NASA, ESA, CSA, STScI, Ricardo Hueso (UPV), Imkede Pater (UC Berkeley), Thierry Fouchet (Đài thiên văn Paris), Leigh Fle tcher (Đại học Leicester), Michael H. Wong (Đại học California, Berkeley), Andi James (STScI)
De-Pat đã chỉ ra: "Mặc dù có nhiều kính thiên văn trên mặt đất khác nhau, nhưng của NASA Tàu vũ trụ Juno như Cassini và Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA đã quan sát các kiểu thời tiết thay đổi của hệ Sao Mộc, nhưng kính thiên văn Webb đã cung cấp những khám phá mới về các vành đai, mặt trăng và bầu khí quyển của Sao Mộc. theo nhiều cách—Sao Mộc là một hành tinh khí khổng lồ trong khi Trái đất là một thế giới đá ôn đới—khí quyển của cả hai hành tinh đều có nhiều lớp. Các quan sát về bước sóng hồng ngoại, nhìn thấy, vô tuyến và tia cực tím từ các sứ mệnh khác này đã thăm dò các lớp thấp hơn và sâu hơn của bầu khí quyển Sao Mộc - nơi cư trú của các cơn bão khổng lồ và các đám mây băng amoniac.
Mặt khác, dải hồng ngoại gần của kính thiên văn Webb xa hơn trước và nó nhạy cảm với các tầng trên của khí quyển, cách các đám mây của Sao Mộc khoảng 15-30 dặm (25-50 km). Trong hình ảnh cận hồng ngoại, các đám mây và sương mù ở độ cao thường bị mờ và độ sáng ở vùng xích đạo được tăng cường. Với kính thiên văn Webb, các chi tiết nhỏ hơn có thể được phân giải ở các bước sóng sáng mờ.
Hình minh họa về sét, tháp đối lưu (sấm sét), mây nước sâu và khoảng trống trong bầu khí quyển của Sao Mộc dựa trên dữ liệu được thu thập bởi tàu vũ trụ Juno, Kính viễn vọng Không gian Hubble và Đài thiên văn Gemini. Juno phát hiện tín hiệu vô tuyến được tạo ra bởi sự phóng điện của sét. Vì sóng vô tuyến có thể xuyên qua tất cả các đám mây của Sao Mộc nên Juno có thể phát hiện tia sét sâu bên trong các đám mây cũng như trên mặt ban ngày của Sao Mộc. Hubble có thể phát hiện ánh sáng mặt trời phản chiếu bởi các đám mây trong bầu khí quyển của Sao Mộc. Các bước sóng khác nhau của ánh sáng mặt trời có thể xuyên qua các đám mây ở các độ sâu khác nhau, cho phép các nhà nghiên cứu xác định độ cao tương đối của các đỉnh mây. Gemini đã lập bản đồ độ dày của các đám mây lạnh ngăn chặn ánh sáng hồng ngoại nhiệt từ bầu không khí ấm hơn bên dưới các đám mây. Những đám mây dày xuất hiện tối trên bản đồ hồng ngoại, trong khi những đám mây trong có vẻ sáng. Các quan sát toàn diện có thể được sử dụng để vẽ bản đồ cấu trúc đám mây ba chiều và suy ra chi tiết về hoàn lưu khí quyển. Những đám mây dày, cao chót vót hình thành nơi không khí ẩm bốc lên (sự dâng lên và đối lưu tích cực). Bầu trời trong xanh hình thành khi không khí khô hơn chìm xuống (chìm). Những đám mây trong hình cao gấp 5 lần so với các tháp đối lưu tương tự trong bầu khí quyển tương đối nông của Trái đất. Khu vực được hiển thị theo chiều ngang trải dài một phần ba lục địa Hoa Kỳ. Nguồn: NASA, ESA, M.H. Wong (UC Berkeley), A. James và M.W. Carruthers (STScI)
Máy bay phản lực mới được phát hiện có tốc độ khoảng 320 dặm một giờ (515 km một giờ), gấp đôi tốc độ gió duy trì của cơn bão cấp 5 trên Trái đất. Nó nằm ở độ cao khoảng 25 dặm (40 km) phía trên các đám mây tầng bình lưu phía dưới của Sao Mộc (xem hình trên).
Bằng cách so sánh gió ở độ cao lớn được quan sát bởi Webb với gió sâu được quan sát bởi Hubble, nhóm nghiên cứu có thể đo tốc độ gió thay đổi theo độ cao và tốc độ tạo ra độ đứt gió.
Mặc dù độ phân giải tuyệt vời và phạm vi bước sóng của Webb cho phép nó phát hiện các đặc điểm đám mây nhỏ được sử dụng để theo dõi các dòng phản lực, nhưng các quan sát bổ sung của Hubble một ngày sau các quan sát của Webb cũng rất quan trọng để xác định trạng thái cơ bản của bầu khí quyển xích đạo của Sao Mộc và để quan sát sự phát triển của các cơn bão đối lưu tại xích đạo của Sao Mộc không liên quan đến các dòng phản lực.
"Chúng tôi biết rằng các bước sóng khác nhau của Webb và Hubble sẽ tiết lộ cấu trúc ba chiều của các đám mây bão, nhưng chúng tôi cũng có thể sử dụng thời gian của dữ liệu để xem cơn bão phát triển nhanh như thế nào", Michael Wong thuộc Đại học California, Berkeley, người đứng đầu các quan sát liên quan của Hubble cho biết thêm.
Các quan sát và tác động trong tương lai
Các nhà nghiên cứu mong muốn tiến hành nhiều quan sát hơn về Sao Mộc bằng kính viễn vọng Webb để xác định xem tốc độ và độ cao của các tia có thay đổi theo thời gian hay không.
Thành viên nhóm nghiên cứu Leigh Fletcher từ Đại học Leicester ở Anh giải thích: "Các kiểu gió và nhiệt độ trong tầng bình lưu xích đạo của Sao Mộc rất phức tạp nhưng có thể lặp lại. Nếu cường độ của dòng phản lực mới này có liên quan đến các kiểu dao động trong tầng bình lưu, và chúng ta có thể mong đợi dòng phản lực sẽ thay đổi đáng kể trong 2 đến 4 năm tới - sẽ rất thú vị khi thử nghiệm lý thuyết này trong những năm tới. "
Fletcher tiếp tục: “Tôi thật ngạc nhiên khi sau nhiều năm theo dõi các đám mây và gió của nó tại nhiều đài quan sát, chúng ta vẫn còn rất nhiều điều cần tìm hiểu về Sao Mộc và những đặc điểm như những chiếc máy bay phản lực này đã bị ẩn giấu cho đến khi những bức ảnh NIRCam mới này được chụp vào năm 2022.”
Phát hiện của các nhà nghiên cứu gần đây đã được công bố trên tạp chí Thiên văn học Tự nhiên.