Citizen Science enthüllt, dass die bunten Wolken des Jupiter nicht aus Ammoniakeis bestehen

Die gemeinsame Arbeit von Amateur- und Profiastronomen hat dazu beigetragen, ein seit langem bestehendes Missverständnis über die Zusammensetzung der Jupiterwolken aufzuklären. Anstatt aus Ammoniak-Eis zu bestehen – wie die herkömmliche Ansicht lautet – scheinen sie nun wahrscheinlich aus Ammoniumhydrogensulfid gemischt mit Smog zu bestehen.

Die Erkenntnisse wurden im veröffentlicht Zeitschrift für geophysikalische Forschung: Planeten.

Die neue Entdeckung wurde vom Amateurastronomen Dr. Steven Hill aus Colorado ausgelöst. Kürzlich zeigte er, dass der Ammoniakreichtum und der Wolkendruck in der Atmosphäre des Jupiter mit handelsüblichen Teleskopen und einigen speziell gefärbten Filtern kartiert werden können.

Bemerkenswerterweise zeigten diese ersten Ergebnisse nicht nur, dass Amateurastronomen die Menge an Ammoniak in Jupiters Atmosphäre kartieren konnten, sie zeigten auch, dass die Wolken zu tief in Jupiters warmer Atmosphäre liegen, als dass man sagen könnte, dass es sich bei den Wolken um Ammoniakeis handelte.

In dieser neuen Studie wandte Professor Patrick Irwin vom Fachbereich Physik der Universität Oxford die analytische Methode von Dr. Steven Hill auf Beobachtungen des Jupiters an, die mit dem Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE)-Instrument am Very Large Telescope (VLT) des European Southern Observatory im Jahr 2011 durchgeführt wurden Chile. MUSE nutzt die Kraft der Spektroskopie, bei der Jupiters Gase verräterische Fingerabdrücke im sichtbaren Licht verschiedener Wellenlängen erzeugen, um die Ammoniak- und Wolkenhöhen in der Atmosphäre des Gasriesen zu kartieren.

Indem sie in einem Computermodell simulierten, wie das Licht mit den Gasen und Wolken interagiert, fanden Professor Irwin und sein Team heraus, dass die Primärwolken des Jupiter – diejenigen, die wir sehen können, wenn wir durch Hinterhofteleskope schauen – viel tiefer sein mussten als bisher angenommen eine Region mit höherem Druck und höherer Temperatur. Tatsächlich zu warm für die Kondensation von Ammoniak. Stattdessen müssen diese Wolken aus etwas anderem bestehen: Ammoniumhydrogensulfid.

Frühere Analysen von MUSE-Beobachtungen hatten auf ein ähnliches Ergebnis hingewiesen. Da diese Analysen jedoch mit hochentwickelten, äußerst komplexen Methoden durchgeführt wurden, die nur von wenigen Gruppen auf der ganzen Welt durchgeführt werden können, war dieses Ergebnis schwer zu bestätigen.

In dieser neuen Arbeit stellte Irwins Team fest, dass Dr. Hills Methode, einfach die Helligkeit benachbarter, schmaler Farbfilter zu vergleichen, zu identischen Ergebnissen führte. Und da diese neue Methode viel schneller und sehr einfach ist, ist sie viel einfacher zu überprüfen. Daher kommt das Team zu dem Schluss, dass die Jupiterwolken tatsächlich einem höheren Druck ausgesetzt sind als die erwarteten Ammoniakwolken bei 700 mb und daher nicht aus reinem Ammoniakeis bestehen können.

Professor Irwin sagte: „Ich bin erstaunt, dass eine so einfache Methode in der Lage ist, so tief in die Atmosphäre vorzudringen und so klar zu zeigen, dass die Hauptwolken nicht aus reinem Ammoniakeis bestehen können. Diese Ergebnisse zeigen, dass ein innovativer Amateur eine moderne Kamera und spezielle Filter verwendet.“ kann ein neues Fenster zur Atmosphäre des Jupiter öffnen und zum Verständnis der Natur der lange Zeit geheimnisvollen Wolken des Jupiter und der Art und Weise beitragen, wie die Atmosphäre zirkuliert.“

Dr. Steven Hill, der einen Ph.D. Er hat einen Doktortitel in Astrophysik von der University of Colorado und arbeitet in der Weltraumwettervorhersage. Er sagte: „Ich möchte meine Beobachtungen immer weiter ausbauen, um zu sehen, welche physikalischen Messungen ich mit bescheidener, kommerzieller Ausrüstung durchführen kann. Die Hoffnung ist, dass ich neue Wege für Amateure finden kann.“ Einen nützlichen Beitrag zur beruflichen Arbeit leisten, aber ich habe sicherlich nicht mit einem so produktiven Ergebnis wie diesem Projekt gerechnet.

Die aus dieser einfachen Analysetechnik resultierenden Ammoniakkarten können mit einem Bruchteil des Rechenaufwands komplexerer Methoden ermittelt werden. Dies bedeutet, dass sie von Bürgerwissenschaftlern verwendet werden könnten, um Ammoniak- und Wolkendruckschwankungen über Merkmale in Jupiters Atmosphäre hinweg zu verfolgen, einschließlich Jupiters Bändern, kleinen Stürmen und großen Wirbeln wie dem Großen Roten Fleck.

John Rogers (British Astronomical Association), einer der Co-Autoren der Studie, fügt hinzu: „Ein besonderer Vorteil dieser Technik besteht darin, dass sie häufig von Amateuren verwendet werden könnte, um sichtbare Wetteränderungen auf Jupiter mit Ammoniakschwankungen in Verbindung zu bringen, die wichtige Bestandteile sein könnten.“ im Wetter.“

Warum kondensiert Ammoniak nicht zu einer dicken Wolke? Die Photochemie (durch Sonnenlicht induzierte chemische Reaktionen) ist in der Jupiteratmosphäre sehr aktiv und Professor Irwin und seine Kollegen vermuten, dass in Regionen, in denen feuchte, ammoniakreiche Luft nach oben steigt, das Ammoniak schneller zerstört und/oder mit photochemischen Produkten vermischt wird als Ammoniakeis bilden kann.

Daher besteht die Hauptwolkendecke möglicherweise tatsächlich aus Ammoniumhydrogensulfid, gemischt mit photochemischen, smogigen Produkten, die die roten und braunen Farben erzeugen, die auf Jupiterbildern zu sehen sind.

In kleinen Regionen, in denen die Konvektion besonders stark ist, können die Aufwinde schnell genug sein, um frisches Ammoniakeis zu bilden, und solche Regionen wurden gelegentlich von Raumfahrzeugen wie Galileo der NASA und in jüngerer Zeit von Juno der NASA gesehen, wo ein paar kleine hohe weiße Wolken auftraten wurden gesehen, wie sie ihre Schatten auf die darunter liegende Hauptwolkendecke warfen.

Professor Irwin und sein Team wandten die Methode auch auf VLT/MUSE-Beobachtungen des Saturn an und fanden eine ähnliche Übereinstimmung in den abgeleiteten Ammoniakkarten mit anderen Studien, darunter einer, die aus Beobachtungen des James Webb-Weltraumteleskops ermittelt wurde.

Ebenso haben sie herausgefunden, dass das Hauptreflexionsniveau deutlich unter dem erwarteten Ammoniakkondensationsgrad liegt, was darauf hindeutet, dass ähnliche photochemische Prozesse in der Saturnatmosphäre ablaufen.