Wetenschappers hebben de langste studie ooit voltooid waarbij de temperaturen in de bovenste troposfeer van Jupiter, de laag van de atmosfeer waar het weer van de reuzenplaneet plaatsvindt en waar de kenmerkende kleurrijke gestreepte wolken worden gevormd, worden gevolgd. Het werk, dat gedurende vier decennia is uitgevoerd door gegevens van NASA-ruimtevaartuigen en waarnemingen met telescopen op de grond samen te voegen, heeft onverwachte patronen aan het licht gebracht in de manier waarop de temperaturen van Jupiters gordels en zones in de loop van de tijd veranderen.
De studie is een belangrijke stap in de richting van een beter begrip van wat het weer op de grootste planeet van ons zonnestelsel bepaalt en om het uiteindelijk te kunnen voorspellen. De troposfeer van Jupiter heeft veel gemeen met die van de aarde: hier ontstaan wolken en stormen. Om deze weersactiviteit te begrijpen, moeten wetenschappers bepaalde eigenschappen bestuderen, zoals wind, druk, vochtigheid en temperatuur. Sinds de Pioneer 10- en 11-missies van de NASA in de jaren zeventig weten zij dat de lichtere en wittere banden (de zogenaamde zones) van Jupiter in het algemeen koudere temperaturen vertonen, terwijl de donkerder bruinrode banden (de zogenaamde gordels) locaties zijn met warmere temperaturen.
Maar er waren niet genoeg gegevens om te begrijpen hoe de temperaturen op lange termijn variëren. Het nieuwe onderzoek, gepubliceerd op 19 december in Nature Astronomy, maakt een doorbraak mogelijk door beelden te bestuderen van de heldere infrarode gloed (onzichtbaar voor het menselijk oog) die opstijgt uit warmere delen van de atmosfeer, waarbij de temperaturen van Jupiter boven de kleurrijke wolken rechtstreeks worden gemeten. De wetenschappers verzamelden deze beelden met regelmatige tussenpozen gedurende drie van Jupiters banen om de zon, die elk 12 aardjaren duren. Daarbij ontdekten zij dat Jupiters temperaturen stijgen en dalen volgens vaste periodes die niet samenhangen met de seizoenen of andere cycli die wetenschappers kennen. Omdat Jupiter weinig seizoenen kent, de planeet staat slechts 3 graden schuin om zijn as, vergeleken met de 23,5 graden van de aarde, hadden de wetenschappers niet verwacht dat de temperaturen op Jupiter zo regelmatig zouden variëren.
De studie onthulde ook een mysterieus verband tussen temperatuursverschillen in regio's die duizenden kilometers uit elkaar liggen: Terwijl de temperaturen op bepaalde breedtegraden op het noordelijk halfrond stegen, daalden ze op dezelfde breedtegraden op het zuidelijk halfrond - als een spiegelbeeld over de evenaar. "Dat was het meest verrassende van alles," zei Glenn Orton, senior onderzoeker bij NASA's Jet Propulsion Laboratory en hoofdauteur van de studie. "We vonden een verband tussen hoe de temperaturen varieerden op zeer verre breedtegraden. Het is vergelijkbaar met een verschijnsel dat we op aarde zien, waar weer- en klimaatpatronen in één regio een merkbare invloed kunnen hebben op het weer elders, waarbij de patronen van variabiliteit over grote afstanden in de atmosfeer met elkaar verbonden lijken te zijn." De volgende uitdaging is uit te vinden wat de oorzaak is van deze cyclische en schijnbaar gesynchroniseerde veranderingen.
"We hebben nu een deel van de puzzel opgelost, namelijk dat de atmosfeer deze natuurlijke cycli vertoont," aldus co-auteur Leigh Fletcher van de Universiteit van Leicester in Engeland. "Om te begrijpen wat deze patronen veroorzaakt en waarom ze zich op deze specifieke tijdschalen voordoen, moeten we zowel boven als onder de bewolkte lagen onderzoeken." Eén mogelijke verklaring werd duidelijk bij de evenaar: De auteurs van de studie ontdekten dat temperatuurvariaties hogerop, in de stratosfeer, leken te stijgen en te dalen in een patroon dat tegengesteld is aan hoe temperaturen zich in de troposfeer gedragen, wat suggereert dat veranderingen in de stratosfeer veranderingen in de troposfeer beïnvloeden en vice versa.
Decennia van waarnemingen
Orton en zijn collega's begonnen het onderzoek in 1978. Voor de duur van hun onderzoek schreven zij meerdere malen per jaar voorstellen om waarnemingstijd te winnen op drie grote telescopen over de hele wereld: de Very Large Telescope in Chili, alsmede NASA's Infrared Telescope Facility en de Subaru Telescope op de Maunakea Observatories in Hawaï. Tijdens de eerste twee decennia van het onderzoek reisden Orton en zijn teamgenoten om beurten naar die observatoria om informatie over temperaturen te verzamelen die hen uiteindelijk in staat zou stellen de punten met elkaar te verbinden. (Begin jaren 2000 kon een deel van het telescoopwerk op afstand worden gedaan). Toen kwam het moeilijke gedeelte, het combineren van jarenlange waarnemingen van verschillende telescopen en wetenschappelijke instrumenten om naar patronen te zoeken. Samen met deze veteraan-wetenschappers werkten verschillende stagiairs aan hun langlopende studie. Het zijn studenten van Caltech in Pasadena, Californië; Cal Poly Pomona in Pomona, Californië; Ohio State University in Columbus, Ohio; en Wellesley College in Wellesley, Massachusetts.
De wetenschappers hopen dat de studie hen uiteindelijk zal helpen om het weer op Jupiter te voorspellen, nu ze er een gedetailleerder inzicht in hebben. Het onderzoek kan bijdragen tot klimaatmodellering, met computersimulaties van de temperatuurcycli en hoe die het weer beïnvloeden - niet alleen voor Jupiter, maar voor alle reuzenplaneten in ons zonnestelsel en daarbuiten. "Het meten van deze temperatuurveranderingen en -perioden in de tijd is een stap in de richting van een volledige weersvoorspelling voor Jupiter, als we oorzaak en gevolg in Jupiters atmosfeer met elkaar in verband kunnen brengen", aldus Fletcher. "En de nog grotere vraag is of we dit ooit kunnen uitbreiden naar andere reuzenplaneten om te zien of zich soortgelijke patronen voordoen."
Bron: NASA
