Jupiters wolken zijn niet helemaal gemaakt van ammoniak
Samenwerking tussen amateur- en professionele astronomen heeft geholpen een lang bestaand misverstand over de samenstelling van de wolken van Jupiter op te lossen. In plaats van dat ze zijn gevormd uit ammoniakijs, wat de conventionele visie is, lijken ze nu waarschijnlijk te bestaan uit ammoniumwaterstofsulfide (NH4)HS gemengd met smog.
De bevindingen zijn gepubliceerd in het Journal of Geophysical Research: Planets.
De nieuwe ontdekking werd getriggerd door amateurastronoom Dr. Steven Hill uit Colorado. Onlangs toonde hij aan dat de overvloed aan ammoniak en de druk op de wolkentop in de atmosfeer van Jupiter in kaart konden worden gebracht met behulp van commercieel verkrijgbare telescopen en een paar speciale kleurenfilters.
Opmerkelijk genoeg lieten deze eerste resultaten niet alleen zien dat de overvloed aan ammoniak in de atmosfeer van Jupiter in kaart kon worden gebracht door amateurastronomen, ze lieten ook zien dat de wolken te diep in de warme atmosfeer van Jupiter zitten om consistent te zijn met de wolken van ammoniakijs.
In dit nieuwe onderzoek paste professor Patrick Irwin van de faculteit natuurkunde van de universiteit van Oxford de analytische methode van Dr. Steven Hill toe op waarnemingen van Jupiter die werden gedaan met het Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE)-instrument aan de Very Large Telescope van de SO in Chili. MUSE gebruikt de kracht van spectroscopie, waarbij de gassen van Jupiter karakteristieke vingerafdrukken creëren op verschillende golflengtes in zichtbaar licht, om de hoogte van ammoniak en wolken in de atmosfeer van Jupiter in kaart te brengen.
Door te simuleren hoe het licht interageert met de gassen en wolken in een computermodel, ontdekten Irwin en zijn team dat de primaire wolken van Jupiter (de wolken die we kunnen zien als we door onze telescopen naar de planeet kijken) veel dieper moesten zijn dan eerder werd gedacht, in een gebied met hogere druk en hogere temperatuur. Te warm, in feite, voor de condensatie van ammoniak. In plaats daarvan moeten die wolken van iets anders zijn gemaakt: ammoniumwaterstofsulfide.
Eerdere analyse van MUSE-waarnemingen hadden al op een soortgelijk resultaat gehint. Omdat deze analyses echter werden uitgevoerd met geavanceerde, extreme complexe methoden die alleen door een paar groepen over de hele wereld kunnen worden uitgevoerd, was dit resultaat moeilijk te bevestigen.
In dit nieuwe werk ontdekte Irwins team dat de methode van Hill om simpelweg de helderheid in aangrenzende, smalle gekleurde filters te vergelijken, identieke resultaten opleverde. En omdat deze nieuwe methode veel snelle en heel eenvoudig is, is deze veel gemakkelijker te verifiëren. Daarom concludeert het team dat de wolken van Jupiter echt een diepere druk hebben dan de verwachte ammoniakwolken en dus niet uit puur ammoniakijs kunnen bestaan.
Professor Irwin was verbaasd dat zo’n eenvoudige methode zo diep in de atmosfeer kan peilen en zo duidelijk kan aantonen dat de hoofdwolken niet uit puur ammoniakijs kunnen bestaan. Deze resultaten laten zien dat een innovatieve amateur die een moderne camera en speciale filters gebruikt, een nieuw venster op de atmosfeer van Jupiter kan openen en kan bijdragen aan het begrijpen van de aard van Jupiters lang mysterieuze wolken en hoe de atmosfeer circuleert.
Dr. Steven Hill, die een PhD. heeft in astrofysica van de universiteit van Colorado en werkt aan ruimteweervoorspellingen wil zijn waarnemingen altijd pushen om te zien welke fysieke metingen hij kan doen met bescheiden, commerciële apparatuur. Zijn hoop is dat hij nieuwe manieren kan vinden voor amateurs om nuttige bijdragen te leveren aan professioneel werk. Maar hij had zeker niet verwacht dat het resultaat zo productief zou zijn als dit project.
De ammoniakkaarten die voortkomen uit deze eenvoudige analytische techniek kunnen worden bepaald voor een fractie van de rekenkosten van geavanceerdere methodes. Dit betekent dat ze door burgerwetenschappers kunnen worden gebruikt om ammoniak- en wolkentopdrukvariaties te volgen over kenmerken in de atmosfeer van Jupiter, waaronder Jupiters banden, kleine stormen en grote wervelingen zoals de Grote Rode Vlek.
Een special voordeel van deze techniek is dat deze van door amateurs kan worden gebruikt om zichtbare weersveranderingen op Jupiter te koppelen aan ammoniakvariaties, die belangrijke ingrediënten in het weer kunnen zijn.
Dus waarom condenseert ammoniak niet om een dikke wolk te vormen? Fotochemie (chemische reacties die worden geïnduceerd door zonlicht) is zeer actief in de atmosfeer van Jupiter en professor Irwin en zijn collega’s suggereren dat in gebieden waar vochtige, ammoniakrijke lucht omhoog wordt gebracht, de ammoniak sneller wordt vernietigd en/of gemengd met fotochemische producten dan ammoniakijs kan vormen.
Het hoofdwolkendek kan dus in feite bestaan uit ammoniumwaterstofsulfide gemengd met fotochemische, smogproducten, die de rode en bruine kleuren produceren die te zien zijn op Jupiterbeelden.
In kleine gebieden, waar convectie bijzonder sterk is, kunnen de opstijgende luchtstromen snel genoeg zijn om vers ammoniakijs te vormen, en dergelijke gebieden zijn af en toe gezien door ruimtesondes zoals NASA’s Galileo, en meer recent door NASA’s Juno, waar een paar kleine hoge witte wolken zijn gezien, die hun schaduwen op het hoofdwolkendek eronder werpen.
Professor Irwin en zijn team hebben de methode ook toegepast op VLT/MUSE-waarnemingen van Saturnus en hebben een soortgelijke overeenkomst gewonden in de afgeleide ammoniakkaarten met andere onderzoeken, waaronder een bepaald op basis van waarnemingen met de Webb Space Telescope.
Evenzo hebben ze ontdekt dat het hoofdniveau van reflectie ver onder het verwachte ammoniakcondensatieniveau ligt, wat suggereert dat er soortgelijke fotochemische processen plaatsvinden in de atmosfeer van Saturnus.
Artikel: Patrick G. J. Irwin et al, Clouds and Ammonia in the Atmospheres of Jupiter and Saturn Determined From a Band‐Depth Analysis of VLT/MUSE Observations, Journal of Geophysical Research: Planets (2025). DOI: 10.1029/2024JE008622
Eerste publicatie: 9 januari 2025
Bron: universiteit van Oxford/Phys.org
