นักดาราศาสตร์สังเกตวงรีขั้วโลกอัลตราไวโอเลต-มืดชั่วคราวบนดาวพฤหัสบดี

วงรีขนาดเท่าโลกที่ขั้วเหนือและใต้ของดาวพฤหัสมองเห็นได้เฉพาะในช่วงความยาวคลื่นอัลตราไวโอเลตเท่านั้น และปรากฏและหายไปอย่างสุ่ม ตามการศึกษาที่นำโดยนักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์

เมื่อมองเห็นวงรียูวีสีเข้มของดาวพฤหัส มักจะอยู่ใต้โซนแสงออโรร่าที่สว่างในแต่ละขั้วเสมอ ซึ่งคล้ายกับแสงเหนือและแสงใต้ของโลก

จุดดูดซับรังสียูวีมากกว่าพื้นที่โดยรอบ ทำให้ปรากฏสีเข้มบนภาพจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลของ NASA/ESA

ในภาพประจำปีของดาวเคราะห์ที่ถ่ายโดยฮับเบิลระหว่างปี 2015 ถึง 2022 วงรียูวีสีเข้มจะปรากฏ 75% ของเวลาที่ขั้วโลกใต้ ในขณะที่วงรีสีเข้มปรากฏในเพียงหนึ่งในแปดภาพที่ถ่ายจากขั้วโลกเหนือ

วงรียูวีสีเข้มบอกเป็นนัยถึงกระบวนการที่ผิดปกติที่เกิดขึ้นในสนามแม่เหล็กแรงสูงของดาวพฤหัสที่แพร่กระจายลงไปที่ขั้วและลึกเข้าไปในชั้นบรรยากาศ ซึ่งลึกกว่ากระบวนการแม่เหล็กที่ก่อให้เกิดแสงออโรร่าบนโลกมาก

ฮับเบิลตรวจพบวงรีรังสี UV เข้มครั้งแรกในช่วงทศวรรษ 1990 ที่ขั้วโลกเหนือและใต้ และต่อมาที่ขั้วโลกเหนือโดยยานอวกาศแคสสินีของ NASA ซึ่งบินผ่านดาวพฤหัสในปี 2000 แต่ก็ได้รับความสนใจเพียงเล็กน้อย

ในการวิเคราะห์ภาพจากกล้องฮับเบิลครั้งใหม่ มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ทรอย สึโบตะ นักศึกษาระดับปริญญาตรีจากเบิร์กลีย์ และเพื่อนร่วมงาน พบว่าวงรีเป็นลักษณะทั่วไปที่ขั้วโลกใต้ โดยนับได้ 8 วงรี UV-dark ทางตอนใต้ (SUDO) ระหว่างปี 1994 ถึง 2022

ในแผนที่ทั่วโลกของฮับเบิลทั้ง 25 แผนที่ที่แสดงขั้วโลกเหนือของดาวพฤหัส พวกเขาพบวงรี UV-dark ทางตอนเหนือเพียงสองอัน (NUDO)

ภาพถ่ายฮับเบิลส่วนใหญ่ถูกจับโดยเป็นส่วนหนึ่งของมรดกบรรยากาศดาวเคราะห์ชั้นนอก (OPAL)

“ในช่วงสองเดือนแรก เราพบว่าภาพ OPAL เหล่านี้เป็นเหมือนเหมืองทองคำ ในแง่หนึ่ง และฉันก็สามารถสร้างขั้นตอนการวิเคราะห์นี้ได้อย่างรวดเร็ว และส่งภาพทั้งหมดผ่านไปเพื่อดูว่าเราได้อะไรมาบ้าง” สึโบตะกล่าว

“ตอนนั้นเองที่เราตระหนักว่าเราสามารถทำวิทยาศาสตร์ที่ดีและวิเคราะห์ข้อมูลจริงได้ และเริ่มพูดคุยกับผู้ทำงานร่วมกันว่าทำไมสิ่งเหล่านี้ถึงปรากฏขึ้น”

ผู้เขียนยังมุ่งค้นหาว่าอะไรอาจทำให้เกิดหมอกควันหนาทึบในพื้นที่เหล่านี้

พวกเขาตั้งทฤษฎีว่าวงรีสีเข้มน่าจะถูกกวนจากด้านบนด้วยกระแสน้ำวนที่เกิดขึ้นเมื่อเส้นสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์ประสบกับการเสียดสีในสถานที่ห่างไกลสองแห่ง คือ ในชั้นไอโอโนสเฟียร์ ซึ่งก่อนหน้านี้พวกเขาตรวจพบการเคลื่อนที่แบบหมุนโดยใช้กล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดิน และในแผ่นของ พลาสมาไอออไนซ์ร้อนรอบโลกที่ถูกปล่อยออกมาจากดวงจันทร์ภูเขาไฟไอโอ

กระแสน้ำวนหมุนเร็วที่สุดในชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ และอ่อนกำลังลงเรื่อยๆ เมื่อไปถึงแต่ละชั้นที่ลึกลงไป

เช่นเดียวกับพายุทอร์นาโดที่ตกลงบนพื้นที่เต็มไปด้วยฝุ่น ระดับน้ำวนที่ลึกที่สุดจะปลุกเร้าบรรยากาศที่มืดครึ้มเพื่อสร้างจุดหนาแน่นที่นักดาราศาสตร์สังเกตเห็น

ไม่ชัดเจนว่าการผสมจะทำให้เกิดหมอกควันมากขึ้นจากด้านล่างหรือทำให้เกิดหมอกควันเพิ่มขึ้นหรือไม่

จากการสังเกตดังกล่าว นักวิจัยสงสัยว่าวงรีจะก่อตัวขึ้นในช่วงเวลาประมาณหนึ่งเดือนและหายไปภายในสองสามสัปดาห์

“หมอกควันในวงรีสีเข้มนั้นหนากว่าความเข้มข้นทั่วไปถึง 50 เท่า ซึ่งบ่งชี้ว่าน่าจะก่อตัวเนื่องจากพลวัตของกระแสน้ำวนหมุนวน มากกว่าปฏิกิริยาทางเคมีที่ถูกกระตุ้นโดยอนุภาคพลังงานสูงจากชั้นบรรยากาศชั้นบน” ดร. ซี จาง นักดาราศาสตร์กล่าว ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตาครูซ

การสังเกตของเราแสดงให้เห็นว่าจังหวะเวลาและตำแหน่งของอนุภาคพลังงานเหล่านี้ไม่มีความสัมพันธ์กับลักษณะของวงรีสีเข้ม"

การค้นพบนี้คือสิ่งที่โครงการ OPAL ได้รับการออกแบบเพื่อค้นหาว่าพลวัตของบรรยากาศในดาวเคราะห์ยักษ์ในระบบสุริยะแตกต่างจากที่เรารู้จักบนโลกอย่างไร

“การศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างชั้นบรรยากาศต่างๆ เป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับดาวเคราะห์ทุกดวง ไม่ว่าจะเป็นดาวเคราะห์นอกระบบ ดาวพฤหัสบดี หรือโลก” ดร. ไมเคิล หว่อง นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ กล่าว

“เราเห็นหลักฐานของกระบวนการที่เชื่อมโยงทุกสิ่งในระบบดาวพฤหัสบดีทั้งหมด ตั้งแต่ไดนาโมภายในไปจนถึงดาวเทียม และโทริอิพลาสมาของพวกมันไปจนถึงไอโอโนสเฟียร์ไปจนถึงหมอกควันในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์”

“การค้นหาตัวอย่างเหล่านี้ช่วยให้เราเข้าใจโลกโดยรวม”

ที่ศึกษาได้รับการตีพิมพ์ในวารสารดาราศาสตร์ธรรมชาติ-

-

ทีเค ซึโบตะและคณะ- วงรีขั้วโลกที่มีรังสี UV เข้มบนดาวพฤหัส เป็นตัวติดตามการเชื่อมต่อระหว่างแมกนีโตสเฟียร์กับบรรยากาศแนท แอสทรอนเผยแพร่ออนไลน์เมื่อวันที่ 26 พฤศจิกายน 2024; ดอย: 10.1038/s41550-024-02419-0

บทความนี้ดัดแปลงมาจากต้นฉบับของมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์