Webb 우주 망원경은 목성 대기의 새로운 특징을 밝힙니다 – ‘그것은 우리를 완전히 놀라게 했습니다’

목성 적도 부근의 좁은 제트기류에는 시속 320마일의 속도로 바람이 불고 있습니다.

목성 여기에는 우리 태양계 대기의 가장 주목할만한 특징 중 일부가 포함되어 있습니다. 지구를 덮을 만큼 큰 행성의 대적점은 우리가 집이라고 부르는 지구상의 다양한 강과 산만큼 알아볼 수 있습니다.

그러나 지구와 마찬가지로 목성은 끊임없이 변화하고 있으며, 아직 우리가 배우지 못한 행성에 대한 많은 것들이 있습니다. NASA‘에스 제임스 웹 우주 망원경 이는 이러한 미스터리 중 일부를 풀어내고, 목성의 적도 상공을 빠르게 질주하는 고속 제트기를 포함하여 우리가 이전에 본 적이 없는 목성의 새로운 특징을 드러냅니다. 제트기류는 목성의 다른 특징만큼 시각적으로 명확하거나 놀랍지는 않지만, 연구자들은 행성의 대기층이 어떻게 서로 상호 작용하는지, Webb이 향후 이러한 조사에 어떻게 도움이 될지에 대한 흥미로운 통찰력을 제공합니다.

NASA 제임스 웹 우주 망원경의 NIRCam(근적외선 카메라)을 사용하는 연구원들은 목성의 적도 바로 위, 주 구름 표면 위에 위치한 고속 제트 기류를 감지했습니다. 목성의 구름 꼭대기 위 약 20~35km(12~21마일) 고도 사이에서 관찰되는 2.12미크론의 파장에서 연구자들은 여러 개의 윈드 시어(wind shear), 즉 풍속이 높이나 거리에 따라 변하는 지역을 관찰했습니다. 비행기의 흔적을 관찰하기 위해. 이 이미지는 행성의 한 회전(10시간) 사이에 제트 기류의 움직임에 의해 분명히 교란되는 목성의 적도 지역 주변의 여러 특징을 강조합니다. 이미지 출처: NASA, ESA, CSA, STScI, Ricardo Hueso(UPV), Emke de Pater(UC Berkeley), Thierry Fouchet(파리 천문대), Lee Fletcher(University of Leicester), Michael H. Wong(University of California at Berkeley) ), 조셉 드파스콸레(STScI)

웹 우주망원경, 목성 대기의 새로운 특징 발견

NASA의 제임스 웹 우주망원경이 목성의 대기에서 이전에 볼 수 없었던 새로운 특징을 발견했습니다. 폭이 4,800km가 넘는 고속 제트기는 주요 구름 표면 위 목성의 적도 위에 놓여 있습니다. 이 제트의 발견은 목성의 난류 대기 층이 어떻게 서로 상호 작용하는지, 그리고 Webb이 이러한 특징을 어떻게 고유하게 추적할 수 있는지에 대한 통찰력을 제공합니다.

이번 연구 결과를 기술한 논문의 주저자인 스페인 빌바오 소재 바스크 지방 대학의 리카르도 우에소(Ricardo Hueso)는 “이것은 우리를 완전히 놀라게 한 것”이라고 말했습니다. “우리가 항상 목성 대기에서 흐릿한 안개로 보았던 것이 이제는 행성의 빠른 회전과 함께 추적할 수 있는 명확한 특징으로 나타납니다.”

Webb의 독특한 이미징 기능

연구팀은 2022년 7월에 캡처한 Webb NIRCam(근적외선 카메라)의 데이터를 분석했습니다. 초기 출시 과학 프로그램 – Imke de Pater가 공동 주도 캘리포니아대학교 버클리캠퍼스 파리 천문대의 티에리 푸셰(Thierry Foucher)는 10시간 간격 또는 목성의 하루 간격으로 목성의 이미지를 4가지 필터로 촬영하도록 설계되었으며, 각 필터는 목성 대기의 다양한 고도에서 작은 특징의 변화를 고유하게 감지할 수 있습니다.

목성은 여러 층의 대기를 가지고 있으며, 이 그림은 Webb이 어떻게 이전보다 더 높은 대기층에서 정보를 수집할 수 있는지 보여줍니다. 과학자들은 고속 제트를 분리하기 위해 Webb를 사용하여 목성 대기의 다양한 층에서 풍속을 결정할 수 있었습니다. 목성의 관측은 여기에 설명된 세 가지 다른 필터를 사용하여 10시간 간격, 즉 목성 하루에 촬영되었습니다. 각 필터는 목성 대기의 서로 다른 고도에서 작은 특징의 변화를 고유하게 감지할 수 있습니다. 이미지 출처: NASA, ESA, CSA, STScI, Ricardo Hueso(UPV), Emke de Pater(UC Berkeley), Thierry Fouchet(파리 천문대), Lee Fletcher(University of Leicester), Michael H. Wong(University of California at Berkeley) , 앤디 제임스(STScI)

“NASA의 Juno와 같은 많은 지상 망원경과 우주선이 있지만… 카시니그리고 NASA 허블 우주 망원경 De Pater는 목성계의 변화하는 날씨 패턴을 관찰했으며 Webb은 이미 목성의 고리, 위성 및 대기에 대한 새로운 발견을 제공했습니다.

대조되는 대기층

목성은 여러 면에서 지구와 다르지만(목성은 거대 가스이고 지구는 온화하고 바위가 많은 세계입니다) 두 행성 모두 층층이 있는 대기를 가지고 있습니다. 이러한 다른 임무에서 관측된 적외선, 가시광선, 전파 및 자외선 파장은 행성 대기의 더 낮고 깊은 층을 감지합니다. 거대한 폭풍 암모니아 얼음 구름이 존재합니다.

반면 Webb의 시야는 이전보다 더 멀리 있는 근적외선으로 목성의 구름 꼭대기에서 약 25~50km 떨어진 대기의 더 높은 층에 민감합니다. 근적외선 이미징에서 높은 고도의 안개는 일반적으로 적도 지역 위의 밝기가 향상되어 흐릿하게 나타납니다. 웹을 사용하면 흐릿한 밝은 밴드 내에서 미세한 디테일이 해결됩니다.

번개, 대류탑(천둥), 깊은 물 구름, 목성 대기의 공간에 대한 이 그림은 주노 우주선, 허블 우주 망원경, 제미니 천문대에서 수집한 데이터를 기반으로 합니다. Juno는 번개 방전에 의해 생성된 무선 신호를 감지합니다. 전파는 목성의 모든 구름층을 통과할 수 있기 때문에 Juno는 행성 낮의 번개뿐만 아니라 깊은 구름 속에서도 번개를 감지할 수 있습니다. 허블은 목성 대기의 구름에 반사되는 햇빛을 감지합니다. 서로 다른 파장이 구름의 서로 다른 깊이까지 침투하므로 연구자들은 구름 꼭대기의 상대적 높이를 결정할 수 있습니다. Gemini는 구름 아래 대기의 따뜻한 층에서 나오는 열 적외선을 차단하는 차가운 구름의 두께를 매핑합니다. 빽빽한 구름은 적외선 지도에서 어둡게 나타나는 반면, 빈 공간은 밝게 나타납니다. 관측 결과를 수집하면 구름 구조를 3차원으로 매핑하고 대기 순환의 세부 사항을 추론하는 데 사용할 수 있습니다. 습한 공기가 상승하면서 두껍고 우뚝 솟은 구름이 형성됩니다(물의 상승 및 활발한 대류). 더 건조한(하단) 공기가 가라앉는 곳에서 퍼지가 형성됩니다. 구름은 지구의 상대적으로 얕은 대기에서 유사한 대류 타워보다 5배 더 높게 솟아오르는 것으로 나타났습니다. 표시된 면적은 미국 본토보다 1/3 더 넓은 수평 면적을 차지합니다. 이미지 제공: NASA, ESA, M. H. Wong(UC Berkeley) 및 A. 제임스와 MW 카루더스(STScI)

새로운 제트기류의 특징

새로 발견된 제트기류는 시속 약 320마일(515km)의 속도로 이동하는데, 이는 지구 표면에 부는 지속적인 바람보다 두 배 빠른 속도입니다. 5등급 허리케인 여기 지구상에서. 이 별은 구름 위 약 40km 높이, 목성의 성층권 하부에 위치해 있습니다(위 그래픽 참조).

높은 고도에서 웹이 관측한 바람과 허블이 더 깊은 층에서 관측한 바람을 비교함으로써 연구팀은 바람이 높이에 따라 얼마나 빨리 변하고 바람 전단이 발생하는지 측정할 수 있었습니다.

Webb의 절묘한 해상도와 파장 범위 덕분에 제트를 추적하는 데 사용되는 작은 구름의 특징을 탐지할 수 있었지만 Webb의 관측 다음 날 허블에서 수행한 보완 관측도 목성의 적도 대기의 바닥 상태를 확인하고 적도 대류 폭풍의 발달을 관찰하는 데 중요했습니다. . 목성은 항공기에 연결되어 있지 않습니다.

“우리는 웹과 허블의 서로 다른 파장이 폭풍 구름의 3D 구조를 드러낼 것이라는 것을 알고 있었지만 데이터의 타이밍을 사용하여 폭풍이 얼마나 빨리 발전하는지 확인할 수도 있었습니다”라고 캘리포니아 대학의 팀원인 Michael Wong이 덧붙였습니다. , 캘리포니아. 관련 허블 관측을 주도한 캘리포니아 버클리.

미래의 관찰과 시사점

연구원들은 시간이 지남에 따라 비행기의 속도와 고도가 변하는지 확인하기 위해 Webb을 통해 목성에 대한 추가 관측을 기대하고 있습니다.

영국 레스터 대학의 리 플레처(Lee Fletcher) 연구팀은 “목성은 적도 성층권에서 이러한 파장으로 측정된 구름과 안개의 바람보다 높은 복잡하지만 반복적인 바람과 온도 패턴을 가지고 있다”고 설명했습니다. “이 새로운 제트의 강도가 진동하는 성층권 패턴과 관련이 있다면 우리는 제트가 향후 2~4년에 걸쳐 극적으로 변할 것으로 예상할 수 있습니다. 앞으로 몇 년 안에 이 이론을 테스트하는 것은 정말 흥미로울 것입니다.”

그는 계속해서 다음과 같이 말했습니다. “수년간 수많은 관측소에서 목성의 구름과 바람을 추적한 후에도 목성에 대해 더 많은 것을 배울 수 있다는 사실이 나에게는 놀랍습니다. 그리고 이와 같은 특징은 새로운 NIRCam 이미지가 촬영되는 2022년까지 숨겨져 있을 수 있습니다. .” “. 플레처.

연구진의 연구 결과는 최근에 발표되었습니다. 자연 천문학.

참고: “James Webb 우주 망원경으로 관찰한 목성 하부 성층권의 좁고 응축된 적도 제트기” 작성자: Ricardo Hueso, Agustín Sanchez-La Vega, Thierry Foucher, Imke de Pater, Arati Antoniano, Lee N. Fletcher, Michael H. Wong 및 Pablo Rodriguez -Offaly, Lawrence A. 스로모프스키, 패트릭 M. 프레이, 글렌 S. 오튼, 산드린 걸리렛, 패트릭 J. J. 어윈, 에마뉘엘 를르슈, 제이크 하켓, 캐서린 드 클레어, 헨릭 멜린, 빈센트 휴, 에이미 A. Simon, Statia Luszcz-Cook, Kunio M. Sayanagi, 2023년 10월 19일, 자연 천문학.
도이: 10.1038/s41550-023-02099-2

제임스 웹 우주 망원경은 세계 최고의 우주 과학 관측소입니다. Webb은 태양계의 미스터리를 풀고, 다른 별 주변의 머나먼 세계 너머를 바라보며, 우주의 신비한 구조와 기원, 그리고 그 안에 있는 우리의 위치를 ​​탐구합니다. WEB은 NASA가 파트너인 유럽 우주국(ESA)과 함께 주도하는 국제 프로그램입니다.유럽 ​​우주국) 및 캐나다 우주국.