Webb paljastaa uusia yksityiskohtia ja mysteerejä Jupiterin revontulessa

NASA/ESA/CSA weic2510 — Science Release

NASA/ESA/CSA James Webb -avaruusteleskooppi on taltioinut aurinkokuntamme suurimman planeetan revontulien uusia yksityiskohtia. Jupiterissa havaitut revontulet ovat satoja kertoja kirkkaampia kuin maapallolla. Webbin herkkyyden avulla tähtitieteilijät ovat tutkineet ilmiöitä ymmärtääkseen paremmin Jupiterin magnetosfääria.

Nämä havainnot Jupiterin revontulista (kuvassa vasemmalla) on otettu Webbin Near-InfraRed-kameralla (NIRCam) 25. joulukuuta 2023 (F335M-suodatin). Tutkijat havaitsivat, että kolmivetyionin emissio on paljon vaihtelevampaa kuin aiemmin on uskottu. H⁺₃ syntyy, kun korkeaenergiset elektronit törmäävät molekyylivetyyn. Koska tämä emissio loistaa kirkkaasti infrapunaisella aallonpituudella, Webbin instrumentit pystyvät havaitsemaan sitä. Oikealla olevassa kuvassa on Jupiter osoittamassa havaittujen revontulien sijaintia.

Kuva: NASA, ESA, CSA, STScI, Ricardo Hueso (UPV), Imke de Pater (UC Berkeley), Thierry Fouchet (Observatory of Paris), Leigh Fletcher (University of Leicester), Michael H. Wong (UC Berkeley), Joseph DePasquale (STScI), J. Nichols (University of Leicester), M. Zamani (ESA/Webb).

 

Revontulet Jupiterissa syntyvät, kun korkeaenergiaiset hiukkaset pääsevät planeetan kaasukehään sen magneettinapojen lähelle ja törmäävät kaasuatomeihin. Paitsi että Jupiterin revontulet ovat valtavan kokoisia, ne ovat myös satoja kertoja energisempiä kuin Maassa. Täällä reposet johtuvat aurinkomyrskyistä, jolloin varautuneet hiukkaset törmäävät yläilmakehään, virittävät atomit ja saavat ne hehkumaan punaisen, vihreän ja violetin värejä.

Samaa tapahtuu Jupiterilla mutta siellä on lisälähde revontulille: kaasujättiläisen voimakas magneettikenttä nappaa ympäristöstään varautuneita hiukkasia. Tähän sisältyvät aurinkotuulen sisällä olevien varautuneiden hiukkasten lisäksi myös sen kiertävän kuun Ion vulkaanien avaruuteen heittämät hiukkaset. Ion tulivuoret sylkevät hiukkasia, jotka poistuvat kuun gravitaatiokentästä ja päätyvät kiertämään Jupiteria. Myös Auringon aurinkomyrskyjen aikana sinkoamat varautuneet hiukkaset saavuttavat planeetan. Jupiterin suuri ja voimakas magneettikenttä vangitsee varautuneita hiukkasia ja kiihdyttää niitä valtaviin nopeuksiin. Nämä nopeat hiukkaset ja energiset hiukkaset iskeytyvät planeetan ilmakehään, mikä virittää kaasun atomit ja virityksen purkautuessa vapautuva energia näkyy revontulina.

Nyt Webbin ainutlaatuiset kyvyt tarjoavat uusia oivalluksia Jupiterin revontulista. Teleskoopin herkkyyden ansiosta tähtitieteilijät voivat käyttää lyhyempiä valotusaikoja nopeasti vaihtelevien revontulien piirteiden havaitsemiseksi. Webb:n avulla Jonathan Nicholsin johtama tutkijaryhmä (Leicesterin yliopistosta Iso-Britanniast keräsi uutta tietoa Near-InfraRed Camera (NIRCam) joulupäivänä 2023.

“Mikä joululahja se olikaan - se hämmästytti minut!” jaettu Nichols. “Halusimme nähdä, miten nopeasti revontulet vaihtuvat, ja odotimme, että ne hupenevat ja sammuvat hitaasti, ehkä noin varttitunnin aikana. Sen sijaan havaitsimme koko revontulialueen pörräävän ja poksahtelevan valossa, joka vaihteli joskus sekunnin välein”.

Tutkimusryhmän tiedot havaitsivat, että kolmeprotonisen vetyionin (H⁺₃), emissio on paljon vaihtelevampi kuin aiemmin uskottiin. Havainnot auttavat kehittämään tutkijoita ymmärtämään, miten Jupiterin yläilmakehä lämmitetään ja jäähdytetään. 

Tutkimusryhmä paljasti myös joitakin selittämättömiä havaintoja tiedoissaan.

“Mikä teki näistä havainnoista vieläkin erikoisempia, on se, että otimme myös samanaikaisesti ultravioletti kuvia Hubble Space Teleskooppilla” lisäsi Nichols. "Outoa kyllä, Webbin havaitsemalla kirkkaimmalla valolla ei ollut vastinetta Hubblen kuvissa. Tämä on jättänyt meidät raapimaan päätämme. Jotta sekä Webbin että Hubblen havaitsema kirkkausyhdistelmä syntyisi, tarvitaan ilmeisesti mahdoton yhdistelmä, jossa ilmakehään osuu suuria määriä hyvin matalaenergisiä hiukkasia! Emme vieläkään ymmärrä, miten tämä tapahtuu."

Ryhmä aikoo nyt tutkia tätä eroa Hubblen ja Webbin tietojen välillä ja tutkia laajempia vaikutuksia Jupiterin ilmakehään ja avaruusympäristöön. He aikovat myös seurata tätä tutkimusta lisää Webb-havaintoja, joita he voivat verrata NASAn Juno-avaruusaluksen tietoihin selvittääkseen paremmin arvoituksellisen kirkkaan emission syytä. Nämä oivallukset voivat myös tukea Euroopan avaruusjärjestön Jupiter Icy Moons Exploreria (Juice), joka on matkalla Jupiteriin tekemään yksityiskohtaisia havaintoja jättimäisestä kaasuplaneetasta ja sen kolmesta suuresta valtamerellistä kuusta: Ganymedes, Callisto ja Europa. Nämä lähimittaukset auttavat meitä ymmärtämään, miten planeetan magneettikenttä ja ilmakehä ovat vuorovaikutuksessa, sekä Ion ja muiden kuiden varautuneiden hiukkasten vaikutusta Jupiterin ilmakehään.

Tulokset tutkimuksista julkaistiin 12. toukokuuta 2025 Nature Communications -verkkojulkaisussa (vapaasti luettavassa).

 

Lisätietoja

Webb on NASAn, ESAn ja Kanadan avaruusjärjestön (CSA) kansainvälisen kumppanuusohjelman toistaiseksi suurin avaruusteleskooppi.

 

 

Uusia kuita Jupiterille

Minor Planet Center (MPC) on kirjannut Scott Sheppard:in (Carnegie Institute for Science) havaitsemat 12 uutta kuuta Jupiterille. Sheppard teki havaintonsa vuosia 2021 ja 2022. Näiden havaintojen myötä Jupiterin kuiden määrä kasvoi 92 kuuhun aikaisemmasta 80:stä ja ylitti Saturnuksen 83 kuun määrän. Havainnot palauttivat kartalle myös kuun S/2003 J 10, josta havaintoja ei oltu saatu 18 vuoteen.

Kaaviossa on esitetty vain osa Jupiteria kiertävien kuiden radoista. Galilein kuiden radat ovat pieniä punaisia ympyröitä kuvan keskellä.

Kaikki nyt havaitut kuut kiertävät Jupiteria hyvin kaukana ja tästä syystä niiden kiertoaika on yli 340 vuorokautta. Yhdeksän näistä kuista ovat kaikkein etäisimpiä ja niiden kiertoaika on yli 550 vuorokautta. Tähän etäiseen ryhmään kuuluu kaikkiaan 71 kuuta. Etäiset kuut ovat todennäköisesti Jupiterin kaappaamia, sillä niiden kiertosuunta on myötäpäivään (takautuva liikesuunta), eli vastakkaiseen suuntaan kuin yleinen kiertosuunta (etenevä suunta) Aurinkokunnassamme on (jos katsotaan järjestelmäämme ratatason yläpuolelta pohjoissuunnasta). Kaikki takautuvaan suuntaan kiertävät kuut ovat hyvin pieniä, vain viisi on halkaisijaltaan suurempia kuin 8 km.

Kolme uusista kuista ovat etenevään suuntaan kiertäviä. Näiden kuiden arvioidaan syntyneen sinne alueelle missä ne edelleenkin ovat. Sheppardin mukaan lähempänä Jupiteria kiertävien pienien kuiden havaitseminen on vaikeaa, sillä Jupiterin kirkas hajavalo peittää alleen himmeiden kuiden havaitsemista.

Jupiterin kuut ovat jakautuneet selviin ryhmiin. Himalia-ryhmään kuuluu (tällä hetkellä) yhdeksän kuuta. Niiden etäisyys Jupiterista on 11—12 miljoonaa km. Kauempana, noin 17 miljoonan km:n etäisyydellä on Carpo-ryhmä, johon kuuluu vain kaksi kuuta. Themisto-kuu (Ø n. 9 km) kiertää Jupiteria Himalia-ryhmän ja Galileon kuiden välisessä aukossa, noin 7,5 miljoonan km etäisyydellä Jupiterista. Tämä aukko näyttää olevan tyhjä muista kuista, mutta havainnot ovat vaikeita hajavalon vuoksi, joka estää pienien, alle 3 km kokoisten kuiden näkymisen. Jupiterin kuiden ryhmiä on kolme muutakin, joista Ananke-ryhmä on runsain, lähes yhtä runsas Pasiphae-ryhmä ja Carme-ryhmä. Kaikki nämä ryhmät kiertävät Jupiteria 15 – 35 miljoonan km etäisyydellä.

Pieni Valetudo-kuu (Ø 1 km) kiertää etenevästi Jupiteria 19 miljoonan km etäisyydellä. Sen rata kuitenkin ylittää muutaman takautuvaan suuntaan liikkuvan kuun radan. Ratojen ylitys muodostaa törmäysvaaran, jolloin törmäävät kuut voivat pirstoutua kokonaan. Kuiden jäännökset voisivat muodostaa ainakin väliaikaisen ja hyvin himmeä renkaan Jupiterin ympärille. Luonnollisesti pirstoutuneen aineen määrä enimmilläänkin olisi hyvin pieni, joten mitään Saturnuksen renkaiden tapaista kirkasta rengasjärjestelmää ei todennäköisesti syntyisi.

Jupiterin kuujärjestelmässä on vielä näiden pienten kuiden lisäksi jo Galileo Galilein löytämät neljä suurta kuuta (Io, Europa, Ganymedes ja Kallisto) ja niiden ratojen sisäpuolella kiertävät Metis, Adrastea, Amalthea ja Thebe.

Uusia kuita tullaan edelleenkin löytämään niin Jupiterin kuin Saturnuksen kiertoradoilta. Kuiden ratojen lasketa on hieman vaikeaa, sillä niiden rataan vaikuttaa Jupiterin gravitaation lisäksi myös Auringon gravitaatio, joka muokkaa kaiken aikaa pienien kuiden ratoja. Näin ollen ei ole mikään ihme, jos silloin tällöin joku kuu katoaa kartalta löytyäkseen joskus myöhemmin uudelleen.