Na pierwszy rzut oka Jowisz to gigantyczna kula gazu, niekończących się burz i kolorowych pasm chmur. Ale pod powierzchnią tych barwnych wirów, jest jeszcze ciekawiej. Dzięki pracy naukowców z University of California w Berkeley wiemy już, że na Jowiszu naprawdę pada… „grad” złożony z lodu i amoniaku. Tak tworzą się właśnie „mushballe”, będące tam ciekawym fenomenem pogodowym.
W 2020 roku pojawiła się śmiała hipoteza: dziwne rozmieszczenie amoniaku w atmosferze Jowisza może być efektem istnienia egzotycznych form gradowych – mushballi. Lodowo-amoniakowe kule powstają w wyniku gwałtownych burz z potężnymi prądami wstępującymi, które unoszą wodę i amoniak na wysokość ponad 60 kilometrów nad widoczną warstwą chmur. Tam mieszanina przekształca się w lepką ciecz, a następnie zamarza, tworząc półprzezroczyste bryły przypominające coś w stylu… slushie. Gdy mushballe stają się wystarczająco ciężkie, spadają setki kilometrów w głąb planety, niosąc ze sobą amoniak i wodę – skutecznie usuwając je z górnej atmosfery.
Stereotypy
Przez dekady uważano, że atmosfera Jowisza jest dobrze zróżnicowana – że to, co widzimy na jej powierzchni, dobrze odzwierciedla to, co kryje się głębiej. Dzięki misji Juno i analizie danych radiowych wiemy już, że to raczej nietrafiona „diagnoza”. Trójwymiarowa mapa atmosfery Jowisza stworzona przez Chrisa Moeckela i Imke de Pater pokazuje, że większość aktywności pogodowej zachodzi w górnych 10–20 kilometrach, ale niektóre burze penetrują znacznie głębiej – rozbijając jednolitą strukturę atmosfery.
To jak patrzenie na gotujący się garnek: powierzchnia — owszem — bulgocze, ale w środku dzieje się… wielkie nic. Jowisz to nie jednolita wrząca masa, lecz skomplikowany system warstw, z których tylko niektóre ulegają dynamicznym zmianom.
Niechciana prawda
Badacze spędzili trzy lata, próbując obalić koncepcję mushballi, która wydawała się zbyt egzotyczna, jak na warunki takiej planety. Jednak dane nie dawały za wygraną. Unikalne sygnatury radiowe zarejestrowane pod burzową chmurą: m.in. miejscowe chłodzenie czy wzrost zawartości amoniaku – nie mogły być wyjaśnione inaczej niż przez obecność owych kilek. Wyszło na to, że teoria z mushballami jest… najbardziej prawdopodobna.
Konsekwencje na Ziemi
Dlaczego mushballe powinny nas interesować? Ponieważ Jowisz, Saturn, Uran i Neptun to doskonałe modele dla badania egzoplanet, których nie możemy jeszcze dokładnie sfotografować. Obserwacje ich górnych atmosfer za pomocą Webba mogą sprowadzić nas na manowce, jeśli nie odkryjemy dokładnie, że to, co na górze, nie zawsze odzwierciedla to, co dzieje się niżej. Mushballe wypaczają ów obraz, zaburzając proporcje amoniaku i wody i fałszując chemiczną „sygnaturę” planety.
A skoro takie zjawiska występują na Jowiszu, niemal na pewno obecne są też na innych planetach gazowych. Przyszłe interpretacje danych z egzoplanet powinny uwzględniać podobne procesy – inaczej nasze wnioski o ich składzie mogą być zwyczajnie błędne.
Kosmiczne tornado i mikrofizyka
By mushball mógł powstać, potrzebna jest burza o prędkości pionowej dochodzącej do 100 m/s. To pięć razy szybciej niż najsilniejsze burze tropikalne na Ziemi. W takich warunkach woda i amoniak mogą się łączyć, zamarzać i opadać, zabierając ze sobą cenne składniki głęboko pod warstwy, do których nie sięgają nawet najczulsze radioteleskopy. Każda mushball to mikroskopijny wehikuł redystrybucji pierwiastków – naturalny transporter ukrytych historii planety.
Czytaj również: Oto pierwsze zdjęcia Clippera z drogi na Jowisza. Rozpoznajesz te gwiazdy?
By potwierdzić istnienie mushballi, naukowcy musieli połączyć dane z różnych źródeł: teleskopów naziemnych, Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, sondy Juno i radioteleskopu VLA. Każdy z tych instrumentów odkrywał inną warstwę atmosfery, a dopiero ich połączenie pozwoliło stworzyć pełny, trójwymiarowy obraz.
W sumie to ciekawa historia o bezprecedensowym uporze: niby brakuje danych, ale tworzysz własne metody analizy. Tak postąpił Moeckel i jego zespół, rekonstruując narzędzia zespołu misji Juno i udostępniając je publicznie. Ktoś tu dobrze czuje „ducha współczesnej nauki”. Tak właśnie powinno być.
Niech stanie się grad
Grad z amoniaku i wody padający wśród błyskawic na gazowych olbrzymach to wizja niczym z gier, prawda? Tu nauka wyraziła się jasno. Planety gazowe kryją w sobie więcej tajemnic, niż myśleliśmy, a nowe dane wypaczają stare myślenie o nich. I dobrze. Może dzięki temu uda nam się lepiej badań liczne w kosmosie egzoplanety.