الفلك

ما هي بالضبط صورة راديو VLA هذه لكوكب المشتري؟

ما هي بالضبط صورة راديو VLA هذه لكوكب المشتري؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

صورة VLA جميلة ومفيدة ، لكنني لا أفهمها تمامًا.

هذا الإصدار مأخوذ من مقال في Gizmodo حيث يقرأ الائتمان: صورة راديو للمشتري تم التقاطها بواسطة المصفوفة الكبيرة جدًا. الصورة: إمكي دي باتر ، مايكل إتش وونج ، روبرت جيه سولت والذي يستشهد بالمقال الأخير في Science: التحديق عبر غيوم المشتري باستخدام التصوير الطيفي الراديوي. ومع ذلك ، فإن تلك الورقة لا تظهر هذه الصورة في الواقع.

يمكن العثور على نسخة أخرى من الصورة في Berkeley News: خريطة راديو جديدة للمشتري تكشف ما يوجد تحت السحب الملونة وتعطي مزيدًا من المعلومات حول كيفية إنتاج الصورة.

صورة راديو لكوكب المشتري من VLA بثلاثة أطوال موجية: 2 سم باللون الأزرق و 3 سم باللون الذهبي و 6 سم باللون الأحمر. تم طرح قرص موحد لإظهار بنية النطاقات الدقيقة على الكوكب بشكل أفضل. الوهج الوردي المحيط بالكوكب هو إشعاع السنكروترون الناتج عن تصاعد الإلكترونات المحاصرة في المجال المغناطيسي للمشتري. تفاصيل مخططة عن أعماق مسبار قرص الكوكب من 30 إلى 90 كيلومترًا تحت الغيوم. تم احتساب متوسط ​​هذه الصورة من 10 ساعات من بيانات VLA ، لذا فإن التفاصيل الدقيقة التي تظهر في الخرائط الأخرى ملطخة هنا من خلال دوران الكوكب. مصدر الصورة: Imke de Pater، Michael H. Wong (UC Berkeley)، Robert J. Sault (Univ. Melbourne).

أود معرفة المزيد عن كيفية معالجة الصورة. كيف تبدو قبل يتم طرح القرص المنتظم - هل البث الراديوي من المنطقة المحيطة بالكوكب بقوة قرص الكوكب نفسه ، كما توحي هذه الصورة؟ إذا كان هناك مرجع لهذه الصورة أود أيضًا قراءتها!

في غضون ذلك الوقت حقا هو جميلة!

يتم أحيانًا إقران الصورة بالصورة التالية ، المأخوذة هنا من Science News.

نظرًا لأن هذه الصورة تحل التفاصيل الجانبية ، أعتقد أنها قد تكون نفس 10 ساعات من البيانات ، ولكن تمت معالجتها بإطار متحرك وتم تصحيحها للتشويه أثناء التفافها أثناء دوران الكوكب ، في حين أن الصورة العامة أعلاه ملطخة بواسطة دوران

أكانت؟ أين يمكنني قراءة المزيد عن هذا؟


تم طرح قرص موحد لإظهار بنية النطاقات الدقيقة على الكوكب بشكل أفضل.

هذا يعني أن سطح الكوكب أكثر إشراقًا (في البيانات الأولية) من الغلاف المغناطيسي المحيط. تم تعتيم الكوكب نفسه بشكل كبير في الصورة ، وإلا ستكون دائرة شاحبة وتظهر القليل من التفاصيل أو لا تظهر على الإطلاق.

البيان الصحفي من موقع VLA نفسه لا يُظهر حتى صورة المجال الواسع ؛ يركز على الصورة التي تظهر تفاصيل البقعة نفسها. يذكر:

تقنية مبتكرة لتقليل البيانات "لإلغاء معرفة" البيانات من ساعات عديدة من المراقبة

هناك ورقة بحثية سابقة عام 2006 قام بها بعض نفس الباحثين تظهر محاولات سابقة ، مع خريطة راديو أكثر خشونة لكوكب المشتري. يتطرق هذا إلى مزيد من التفاصيل حول تقنيات معالجة الصور السابقة (يتطلب معرفة جيدة بتحليل فورييه وما إلى ذلك).

(ملاحظة: لا أستطيع قراءة التيار علم ورقة كاملة ، فهي خلف جدار حماية.)


تكشف خريطة راديو VLA ما يكمن في أعماق كوكب المشتري & # 8217s الغيوم المرئية

هذه الرسوم المتحركة المتتالية للمشتري والبقعة الحمراء العظيمة رقم 8217s ، وهي عاصفة عملاقة في الكوكب والغلاف الجوي # 8217s ، تتناوب بين صورة راديو مصنوعة باستخدام VLA والضوء المرئي المصنوع من تلسكوب هابل الفضائي. تُظهِر صورة الراديو التراكمات المعقدة والمنحدرات لغاز الأمونيا على مسافة 30-90 كيلومترًا تحت السحب المرئية. اعتمادات الصورة: de Pater، et al.، NRAO / AUI / NSF NASA. أعطت الملاحظات مع National Science Foundation & # 8217s Very Large Array (VLA) للعلماء نظرة غير مسبوقة إلى الغلاف الجوي لكوكب المشتري ، وكشفت أن الميزات التي تُرى في الضوء المرئي على سطح الكوكب & # 8217s لها تأثيرات عشرات الكيلومترات إلى الأسفل.

واستخدم العلماء في VLA لدراسة ديناميات المشتري & # 8217s جو من سحابة مرئية السطوح إلى حوالي 100 كيلومترا تحت الغيوم.

& # 8220 هذه المنطقة لم تكن مستكشفة من قبل ، & # 8221 قال إمكي دي باتر ، من جامعة كاليفورنيا ، بيركلي. & # 8220 هذه الملاحظات تعطينا معلومات جديدة مهمة حول درجات الحرارة والضغوط وحركات الغاز في هذه المستويات من الغلاف الجوي ، وأضافت # 8221.

توفر الصور الجديدة تفاصيل لم تكن متوفرة من قبل. من أجل عمل صور راديو حساسة ، يجب أن تجمع التلسكوبات متعددة الهوائيات مثل VLA موجات الراديو المنبعثة من كائن لفترة زمنية طويلة ، مثل التعرض للوقت في الكاميرا. ومع ذلك ، يدور كوكب المشتري بسرعة كبيرة ، مع & # 8220day & # 8221 أقل من 10 ساعات ، بحيث يتم تلطيخ صورة الراديو التقليدية في بضع دقائق فقط.

للتغلب على هذه العقبة ، استفاد الباحثون من الحساسية المضافة لـ VLA الذي تمت ترقيته ، ثم طوروا تقنية مبتكرة لتقليل البيانات لـ & # 8220unsmear & # 8221 البيانات من ساعات عديدة من المراقبة. أظهرت النتائج مستوى من التفاصيل التي قدمت رؤى جديدة حول بنية وديناميكيات الكوكب العملاق & # 8217s الغلاف الجوي.

& # 8220 تمكنا من عمل خرائط للمشتري كما رأينا بأطوال موجات راديوية مختلفة ، ثم قارنها بصور الضوء المرئي التي تم التقاطها في نفس الأوقات تقريبًا ، & # 8221 قال بريان بتلر ، من المرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي.

يُعتقد أن كوكب المشتري و # 8217s المألوفة ذات الألوان الفاتحة والأحزمة الداكنة ، المرئية حتى من خلال التلسكوبات الصغيرة ، مرتبطة جيدًا بسمات الراديو ، لكن الصور الراديوية الجديدة أظهرت بعض الهياكل المماثلة غير المرتبطة بسمات الضوء المرئي. أظهرت الصور الراديوية دليلاً على ما يعتقد العلماء أنه أعمدة غاز متصاعدة تشكل جزءًا من نمط الموجة الذي ينتج & # 8220 بقعة ساخنة & # 8221 في الغلاف الجوي للكوكب & # 8217s.

البقعة الحمراء العظيمة ، التي ربما تكون أشهر ميزة على كوكب المشتري ، هي أيضًا بارزة ، إلى جانب عواصف مماثلة أصغر حجمًا ، في صور الراديو.

سمحت البيانات الجديدة للعلماء بإنشاء رسوم بيانية توضح تركيزات الأمونيا ، وهي مكون مهم لجو المشتري & # 8217s ، لأنها تتغير مع الارتفاع.

& # 8220 أخيرًا ، هناك ثروة من المعلومات حول بنية جو المشتري & # 8217s في صور VLA الجديدة هذه ، & # 8221 de Pater. & # 8220 نتمنى حل عدد من الأسئلة المعلقة بهذه الدراسات المستقبلية باستخدام تقنيات مماثلة ، & # 8221 أضافت.


تكشف خرائط راديو VLA عما يوجد تحت السحب السميكة لكوكب المشتري

قام العلماء باستخدام مصفوفة Karl G. Jansky الكبيرة جدًا (VLA) في المرصد الراديوي الفلكي الوطني بإنتاج خرائط راديوية مفصلة لغلاف المشتري الجوي ، وكشفوا عن أن الميزات التي تُرى في الضوء المرئي على أسطح السحب العملاقة للغاز لها تأثيرات عشرات الأميال إلى الأسفل.

صورة راديو (أعلى) ، مصنوعة من VLA ، وصورة بصرية (أسفل) مصنوعة باستخدام تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا / وكالة الفضاء الأوروبية ، من بقعة حمراء كبيرة للمشتري. تُظهِر صورة الراديو التراكمات المعقدة والمنحدرات لغاز الأمونيا على مسافة 18-56 ميلاً (30-90 كم) تحت السحب المرئية. رصيد الصورة: Imke de Pater et al / NRAO / AUI / NSF / NASA / ESA.

قال البروفيسور إيمكي دي باتر من جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، المؤلف الرئيسي لدراسة نشرت في المجلة: "لم تكن هذه المنطقة مستكشفة من قبل". علم اليوم.

اقتصرت الدراسات الراديوية السابقة لكوكب المشتري على تحليل خصائصه عند خطوط عرض محددة ، لكن الأرصاد الجديدة تقدم رؤية واسعة النطاق وشاملة للنشاط تحت الغيوم.

للحصول على بيانات مفصلة ، استخدم البروفيسور دي باتر وزملاؤه التلسكوب الراديوي VLA الذي تمت ترقيته مؤخرًا ، للكشف عن مجموعة من الترددات الراديوية من الغلاف الجوي للكوكب العملاق.

قال البروفيسور دي باتر: "تعطينا هذه الملاحظات معلومات جديدة مهمة حول درجات الحرارة والضغوط وحركات الغاز عند هذه المستويات من الغلاف الجوي".

من أجل الحصول على صور لاسلكية حساسة ، يجب أن تجمع التلسكوبات متعددة الهوائيات مثل VLA موجات الراديو المنبعثة من كائن لفترة زمنية طويلة. ومع ذلك ، يدور كوكب المشتري بسرعة كبيرة بحيث يتم تلطيخ صورة الراديو التقليدية في بضع دقائق فقط.

للتغلب على هذه العقبة ، استفاد الفريق من الحساسية المضافة لـ VLA ، ثم طور تقنية مبتكرة لتقليل البيانات "لإلغاء التعرف على" البيانات من عدة ساعات من المراقبة.

"عادةً ما يؤدي دوران المشتري مرة كل عشر ساعات إلى تشويش خرائط الراديو ، لأن هذه الخرائط تستغرق عدة ساعات لرصدها. وأوضح المؤلف المشارك الدكتور روبرت سولت ، من جامعة ملبورن ، أننا طورنا تقنية لمنع ذلك وبالتالي تجنب الخلط بين تدفقات الأمونيا المتدفقة إلى أعلى وأسفل المياه ، مما أدى إلى التقليل من التقدير في وقت سابق.

أظهرت النتائج مستوى من التفاصيل التي قدمت رؤى جديدة حول بنية وديناميكيات الغلاف الجوي لكوكب المشتري.

قال المؤلف المشارك الدكتور بريان باتلر ، من المرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي: "لقد تمكنا من عمل خرائط للمشتري كما رأينا في أطوال موجات راديوية مختلفة ، ثم قارناها بصور الضوء المرئي التي تم التقاطها في نفس الأوقات تقريبًا"

"ولقد خلقنا على صورة 3D من غاز الأمونيا في الغلاف الجوي لكوكب المشتري، الذي يكشف عن حركات صعودا وهبوطا داخل الغلاف الجوي المضطرب. وأضاف البروفيسور دي باتر: "الخرائط تحمل تشابهًا مذهلاً مع صور الضوء المرئي التي التقطها علماء الفلك الهواة وهابل".

تُظهر خرائط VLA الغازات الغنية بالأمونيا تتصاعد وتشكل طبقات السحب العلوية: سحابة هيدروسلفيد الأمونيوم عند درجة حرارة قريبة من 100 درجة فهرنهايت (ناقص 73 درجة مئوية) وسحابة جليدية الأمونيا في الهواء البارد تقريبًا 172 درجة فهرنهايت (ناقص 113 درجة مئوية). يمكن رؤية هذه الغيوم بسهولة من الأرض بواسطة التلسكوبات البصرية.

على العكس من ذلك ، تُظهر خرائط الراديو هواءً فقيرًا من الأمونيا يغوص في الكوكب ، على غرار كيفية نزول الهواء الجاف من فوق طبقات السحب على الأرض.

تُظهر الخرائط أيضًا أن النقاط الساخنة (تظهر ساطعة في صور الراديو والأشعة تحت الحمراء الحرارية) هي مناطق فقيرة بالأمونيا تحيط بالكوكب العملاق مثل حزام شمال خط الاستواء.

بين هذه النقاط الساخنة توجد آبار المياه الغنية بالأمونيا والتي تجلب الأمونيا من أعمق أعماق الكوكب.

قال المؤلف المشارك الدكتور مايكل وونغ ، من جامعة كاليفورنيا: "من خلال الراديو ، يمكننا النظر عبر الغيوم ونرى أن تلك النقاط الساخنة متداخلة مع أعمدة من الأمونيا تتصاعد من أعماق الكوكب ، متتبعة التموجات الرأسية لنظام الموجات الاستوائية". جامعة كاليفورنيا، بيركلي.

وأضاف البروفيسور دي باتر: "نرى الآن مستويات عالية من الأمونيا مثل تلك التي اكتشفها جاليليو من عمق يزيد عن 60 ميلاً (100 كم) ، حيث يبلغ الضغط حوالي ثمانية أضعاف الضغط الجوي للأرض ، وصولاً إلى مستويات تكثيف السحابة".

سلطت النتائج ضوءًا جديدًا على الغلاف الجوي للكواكب الغازية العملاقة ، وستوفر سياقًا مهمًا لمركبة الفضاء جونو التابعة لناسا ، والتي من المقرر أن تصل إلى كوكب المشتري في يوليو 2016.


تكشف خريطة راديو جديدة لكوكب المشتري ما هو تحت السحب الملونة

قام علماء الفلك باستخدام مصفوفة Karl G. .

الصور البصرية للغيوم السطحية الملونة التي تحيط بخط استواء كوكب المشتري - بما في ذلك البقعة الحمراء العظيمة الشهيرة - تتناوب مع صور الراديو التفصيلية الجديدة للغلاف الجوي العميق حتى 30 كيلومترًا تحت السحب. تُظهر خريطة الراديو بالأبيض والأسود الغازات الغنية بالأمونيا ترتفع إلى السطح (داكن) مختلطة مع تنازلي ، وغازات فقيرة بالأمونيا (ساطعة). في درجات الحرارة الباردة في الغلاف الجوي العلوي (160 إلى 200 كلفن ، أو من -170 إلى -100 درجة فهرنهايت) ، تتكثف الأمونيا الصاعدة على شكل غيوم غير مرئية في منطقة الراديو. صور إذاعية لروبرت جيه سولت (جامعة ملبورن) وإيمكي دي باتر ومايكل إتش وونغ (جامعة كاليفورنيا في بيركلي). (صور بصرية بواسطة ماركو فيدوفاتو ، كريستوفر جو ، مانوس كارداسيس ، إيان شارب ، إمكي دي باتر)

قام باحثو جامعة كاليفورنيا في بيركلي بقياس انبعاثات الراديو من الغلاف الجوي لكوكب المشتري في نطاقات الطول الموجي حيث تكون السحب شفافة. تمكن المراقبون من رؤية عمق يصل إلى 100 كيلومتر (60 ميلاً) تحت قمم السحابة ، وهي منطقة غير مستكشفة إلى حد كبير حيث تتشكل السحب.

يتم امتصاص انبعاثات الراديو الحرارية الكوكب جزئيا غاز الأمونيا. بناءً على كمية الامتصاص ، يمكن للباحثين تحديد كمية الأمونيا الموجودة وعلى أي عمق.

من خلال دراسة هذه المناطق من الغلاف الجوي للكوكب ، يأمل علماء الفلك في معرفة كيفية تحرك الدوران العالمي وتكوين السحب بواسطة مصدر الحرارة الداخلي القوي لكوكب المشتري. ستسلط هذه الدراسات الضوء أيضًا على عمليات مماثلة تحدث على كواكب عملاقة أخرى في نظامنا الشمسي وعلى الكواكب الخارجية العملاقة المكتشفة حديثًا حول النجوم البعيدة.

قال المؤلف الرئيسي Imke de Pater ، أستاذ علم الفلك بجامعة كاليفورنيا في بيركلي: "لقد أنشأنا في الأساس صورة ثلاثية الأبعاد لغاز الأمونيا في الغلاف الجوي لكوكب المشتري ، والتي تكشف عن حركات صعودية وهبوطية داخل الغلاف الجوي المضطرب".

وقالت إن الخريطة تحمل تشابهاً مذهلاً مع صور الضوء المرئي التي التقطها فلكيون هواة وتلسكوب هابل الفضائي.

تُظهر خريطة راديو VLA (أعلى) للمنطقة المحيطة بالبقعة الحمراء العظيمة في الغلاف الجوي لكوكب المشتري عمليات صعود وهبوط معقدة لغاز الأمونيا والتي تشكل طبقات السحب الملونة التي تظهر في خريطة تلسكوب هابل الفضائي ذات الألوان الحقيقية تقريبًا (أسفل). يظهر طولين موجيين باللون الأزرق (2 سم) والذهبي (3 سم) ، ويسبرون أعماق تتراوح من 30 إلى 90 كيلومترًا تحت السحب. صورة إذاعية بواسطة مايكل إتش وونج ، إمكي دي باتر (جامعة كاليفورنيا في بيركلي) ، روبرت جيه سولت (جامعة. ملبورن). الصورة البصرية بواسطة NASA، ESA، A.A. سيمون (GSFC) ، M.H. وونغ (جامعة كاليفورنيا في بيركلي) ، وجي إس أورتن (مختبر الدفع النفاث- معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا).

تُظهر خريطة الراديو الغازات الغنية بالأمونيا وهي تتصاعد وتشكل طبقات السحب العليا: سحابة هيدروسلفيد الأمونيوم عند درجة حرارة قريبة من 200 كلفن (ناقص 100 درجة فهرنهايت) وسحابة جليد الأمونيا في ما يقرب من 160 درجة كلفن من الهواء البارد (ناقص 170 درجة فهرنهايت). يمكن رؤية هذه الغيوم بسهولة من الأرض بواسطة التلسكوبات البصرية.

على العكس من ذلك ، تُظهر خرائط الراديو هواءً فقيرًا من الأمونيا يغوص في الكوكب ، على غرار كيفية نزول الهواء الجاف من فوق طبقات السحب على الأرض.

تُظهر الخريطة أيضًا أن النقاط الساخنة - التي يُطلق عليها لأنها تظهر ساطعة في صور الراديو والأشعة تحت الحمراء الحرارية - هي مناطق فقيرة بالأمونيا تحيط بالكوكب مثل حزام شمال خط الاستواء. بين هذه النقاط الساخنة توجد آبار المياه الغنية بالأمونيا والتي تجلب الأمونيا من أعمق أعماق الكوكب.

قال عالم الفلك مايكل وونغ بجامعة كاليفورنيا في بيركلي: "من خلال الراديو ، يمكننا النظر عبر الغيوم ونرى أن تلك النقاط الساخنة متداخلة مع أعمدة من الأمونيا تتصاعد من أعماق الكوكب ، متتبعة التموجات الرأسية لنظام الموجات الاستوائية".

تتميز الخرائط النهائية بأفضل دقة مكانية تم تحقيقها على الإطلاق في خريطة الراديو: 1300 كيلومتر

قال دي باتر: "نرى الآن مستويات عالية من الأمونيا مثل تلك التي اكتشفها جاليليو من عمق يزيد عن 100 كيلومتر ، حيث يبلغ الضغط حوالي ثمانية أضعاف الضغط الجوي للأرض ، وصولًا إلى مستويات تكثيف السحابة".

سيقدم كل من De Pater و Wong وزملاؤهم تقريرًا عن النتائج التي توصلوا إليها والخرائط التفصيلية للغاية في عدد 3 يونيو من المجلة. علم.

مقدمة لوصول جونو

يتم الإبلاغ عن الملاحظات قبل شهر واحد فقط من وصول مركبة الفضاء جونو التابعة لناسا إلى كوكب المشتري في 4 يوليو ، والتي تخطط جزئيًا لقياس كمية المياه في أعماق الغلاف الجوي حيث بحثت مجموعة كبيرة جدًا عن الأمونيا.

صورة راديو لكوكب المشتري من VLA بثلاثة أطوال موجية: 2 سم باللون الأزرق و 3 سم باللون الذهبي و 6 سم باللون الأحمر. تم طرح قرص موحد لإظهار بنية النطاقات الدقيقة على الكوكب بشكل أفضل. الوهج الوردي المحيط بالكوكب هو إشعاع السنكروترون الناتج عن تصاعد الإلكترونات المحاصرة في المجال المغناطيسي للمشتري. تفاصيل محددة على أعماق مسبار قرص الكوكب من 30 إلى 90 كيلومترًا تحت الغيوم. يتم احتساب متوسط ​​هذه الصورة من 10 ساعات من بيانات VLA ، لذلك يتم تلطيخ التفاصيل الدقيقة التي تظهر في الخرائط الأخرى هنا من خلال دوران الكوكب. مصدر الصورة: Imke de Pater، Michael H. Wong (UC Berkeley)، Robert J. Sault (Univ. Melbourne).

قالت دي باتر: "يمكن أن تساعد الخرائط مثل خرائطنا في وضع بياناتها في الصورة الأكبر لما يحدث في جو المشتري" ، مشيرة إلى أن فريقها سيراقب كوكب المشتري باستخدام VLA في نفس الوقت الذي تبحث فيه أجهزة الميكروويف الخاصة بجونو عن الماء.

قال بريان بتلر ، المؤلف المشارك وعالم الفلك في المرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي في سوكورو ، نيو مكسيكو ، الذي يشغل VLA ، إن مفتاح الملاحظات الجديدة هو الترقية إلى VLA التي حسنت الحساسية بعامل 10. "تُظهر خرائط كوكب المشتري هذه حقًا قوة ترقيات VLA."

قال ديفيد ديبوير ، عالم الفلك البحثي في ​​مختبر علم الفلك التابع لجامعة كاليفورنيا في بيركلي ، إن الفريق لاحظ مدى التردد بأكمله بين 4 و 18 جيجاهيرتز (الطول الموجي 1.7 - 7 سم) ، مما مكنهم من تصميم الغلاف الجوي بعناية.

قال وونغ: "نرى الآن هيكلًا رائعًا في نطاق 12 إلى 18 جيجا هرتز ، كما نراه كثيرًا في المرئي ، خاصة بالقرب من النقطة الحمراء العظيمة ، حيث نرى الكثير من الميزات المتعرجة الصغيرة". "هذه تتبع حركات صعود وهبوط المياه المعقدة حقًا هناك."

تحل الملاحظات أيضًا تناقضًا محيرًا بين تركيز الأمونيا الذي اكتشفه مسبار جاليليو عندما غرق في الغلاف الجوي في عام 1995 - 4.5 أضعاف الوفرة التي لوحظت في الشمس - وقياسات VLA قبل عام 2004 ، والتي أظهرت كميات أقل بكثير من غاز الأمونيا مما تم قياسه بواسطة المسبار.

قال المؤلف المشارك روبرت سولت ، من جامعة ملبورن في أستراليا: "عادة ما يؤدي دوران المشتري مرة كل 10 ساعات إلى تشويش خرائط الراديو ، لأن هذه الخرائط تستغرق عدة ساعات لرصدها". "لكننا طورنا أسلوبًا لمنع ذلك ، وبالتالي تجنب الخلط بين تدفق الأمونيا المتجه إلى أعلى وأسفل المياه ، مما أدى إلى التقليل من التقدير السابق"

تم دعم هذا البحث من خلال جوائز برنامج أبحاث الكواكب وعلوم الكواكب الخارجية من الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء. NRAO هي منشأة تابعة لمؤسسة العلوم الوطنية تعمل بموجب اتفاقية تعاونية من قبل Associated Universities، Inc.


تقع الخريطة أسفل كوكب المشتري وشرائطه الملونة وشرائطه

أنت حر في مشاركة هذه المقالة بموجب ترخيص Attribution 4.0 International.

أنتج علماء الفلك الخريطة الراديوية الأكثر تفصيلاً حتى الآن عن الغلاف الجوي لكوكب المشتري.

يكشف عملهم ، باستخدام مصفوفة Karl G. Jansky الكبيرة جدًا التي تمت ترقيتها في نيو مكسيكو ، عن الحركة الهائلة لغاز الأمونيا التي تكمن وراء العصابات الملونة والبقع والسحب الدوارة المرئية بالعين المجردة.

صورة راديو لكوكب المشتري من VLA بثلاثة أطوال موجية: 2 سم باللون الأزرق و 3 سم باللون الذهبي و 6 سم باللون الأحمر. تم طرح قرص موحد لإظهار بنية النطاقات الدقيقة على الكوكب بشكل أفضل. الوهج الوردي المحيط بالكوكب هو إشعاع السنكروترون الناتج عن تصاعد الإلكترونات المحاصرة في المجال المغناطيسي للمشتري. تفاصيل النطاقات على الكوكب وأعماق مسبار القرص # 8217s تتراوح من 30 إلى 90 كيلومترًا تحت الغيوم. يتم احتساب متوسط ​​هذه الصورة من 10 ساعات من بيانات VLA ، لذلك يتم تلطيخ التفاصيل الدقيقة التي تظهر في الخرائط الأخرى هنا من خلال دوران الكوكب. (مصدر الصورة: Imke de Pater، Michael H. Wong (UC Berkeley)، Robert J. Sault (U. Melbourne))

قام الباحثون بقياس انبعاثات الراديو من الغلاف الجوي للمشتري في نطاقات الطول الموجي حيث تكون السحب شفافة. تمكن المراقبون من رؤية عمق يصل إلى 100 كيلومتر (60 ميلاً) تحت قمم السحابة ، وهي منطقة غير مستكشفة إلى حد كبير حيث تتشكل السحب.

يتم امتصاص الانبعاثات الراديوية الحرارية للكوكب و # 8217s جزئيًا بواسطة غاز الأمونيا. بناءً على كمية الامتصاص ، يمكن للباحثين تحديد كمية الأمونيا الموجودة وعلى أي عمق.

من خلال دراسة هذه المناطق من الكوكب والغلاف الجوي # 8217s ، يأمل علماء الفلك أن يتعلموا كيف أن الدوران العالمي وتشكيل السحب مدفوعان بمصدر الحرارة الداخلي القوي للمشتري. ستسلط هذه الدراسات الضوء أيضًا على العمليات المماثلة التي تحدث على الكواكب العملاقة الأخرى في نظامنا الشمسي وعلى الكواكب الخارجية العملاقة المكتشفة حديثًا حول النجوم البعيدة.

& # 8220 نحن في جوهرها أنشأنا صورة ثلاثية الأبعاد لغاز الأمونيا في الغلاف الجوي لكوكب المشتري ، والتي تكشف عن الحركات الصاعدة والهابطة داخل الغلاف الجوي المضطرب ، & # 8221 يقول المؤلف الرئيسي إيمكي دي باتر ، أستاذ علم الفلك في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي.

وتقول إن الخريطة تحمل تشابهًا مذهلاً مع صور الضوء المرئي التي التقطها علماء الفلك الهواة وتلسكوب هابل الفضائي.

تُظهر خريطة راديو VLA (أعلى) للمنطقة المحيطة بالبقعة الحمراء العظيمة في الغلاف الجوي لكوكب المشتري عمليات صعود وهبوط معقدة لغاز الأمونيا والتي تشكل طبقات السحب الملونة التي تظهر في خريطة تلسكوب هابل الفضائي تقريبًا ذات الألوان الحقيقية (أسفل). يظهر طولين موجيين باللون الأزرق (2 سم) والذهبي (3 سم) ، ويسبرون أعماق تتراوح من 30 إلى 90 كيلومترًا تحت السحب. (Credit: Radio image by Michael H. Wong، Imke de Pater (UC Berkeley)، Robert J. Sault (U. Melbourne) الصورة البصرية بواسطة NASA و ESA و AA Simon (GSFC) و MH Wong (UC Berkeley) و GS Orton (JPL-Caltech))

طبقات السحب

تُظهر خريطة الراديو الغازات الغنية بالأمونيا وهي تتصاعد وتشكل طبقات السحب العليا: سحابة هيدروسلفيد الأمونيوم عند درجة حرارة قريبة من 200 كلفن (ناقص 100 درجة فهرنهايت) وسحابة جليد الأمونيا في ما يقرب من 160 درجة كلفن من الهواء البارد (ناقص 170 درجة فهرنهايت). يمكن رؤية هذه الغيوم بسهولة من الأرض بواسطة التلسكوبات البصرية.

على العكس من ذلك ، تُظهر خرائط الراديو هواءً فقيرًا في الأمونيا يغرق في الكوكب ، على غرار كيفية نزول الهواء الجاف من فوق طبقات السحب على الأرض.

تُظهر الخريطة أيضًا أن النقاط الساخنة - التي يُطلق عليها لأنها تظهر ساطعة في صور الراديو والأشعة تحت الحمراء الحرارية - هي مناطق فقيرة بالأمونيا تحيط بالكوكب مثل حزام شمال خط الاستواء. بين هذه النقاط الساخنة توجد آبار المياه الغنية بالأمونيا والتي تجلب الأمونيا من أعمق أعماق الكوكب.

خريطة تتكون من 6000 غيوم تحدد مكان ولادة النجوم

& # 8220 مع الراديو ، يمكننا النظر عبر الغيوم ونرى أن تلك النقاط الساخنة متداخلة مع أعمدة من الأمونيا تتصاعد من أعماق الكوكب ، متتبعة التموجات الرأسية لنظام الموجات الاستوائية ، & # 8221 يقول عالم الفلك بجامعة كاليفورنيا في بيركلي مايكل وونغ.

تحتوي الخرائط النهائية على أفضل دقة مكانية تم تحقيقها على الإطلاق في خريطة الراديو: 1300 كيلومتر.

& # 8220 نرى الآن مستويات عالية من الأمونيا مثل تلك التي اكتشفها جاليليو من عمق يزيد عن 100 كيلومتر ، حيث يبلغ الضغط ثمانية أضعاف الضغط الجوي للأرض ، وصولاً إلى مستويات تكثيف السحابة ، & # 8221 دي باتر.

أبلغ كل من De Pater و Wong وزملاؤهم عن نتائجهم وخرائط مفصلة للغاية بتنسيق علم.

جونو في طريقها

تم الإبلاغ عن الملاحظات قبل شهر واحد فقط من وصول المركبة الفضائية Juno في 4 يوليو إلى كوكب المشتري التابع لناسا و # 8217s ، والتي تخطط جزئيًا لقياس كمية المياه في أعماق الغلاف الجوي حيث بحثت مجموعة كبيرة جدًا عن الأمونيا.

& # 8220 خرائط مثل خرائطنا يمكن أن تساعد في وضع بياناتهم في الصورة الأكبر لما يحدث & # 8217s في جو المشتري & # 8217s ، & # 8221 de Pater ، مشيرة إلى أن فريقها سيراقب كوكب المشتري باستخدام VLA في نفس الوقت مثل Juno & # 8217s أجهزة الميكروويف تبحث عن الماء.

كان مفتاح الملاحظات الجديدة هو الترقية إلى VLA التي حسنت الحساسية بعامل 10 ، كما يقول بريان بتلر ، المؤلف المشارك وعالم الفلك في المرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي في سوكورو ، نيو مكسيكو ، الذي يشغل VLA. & # 8220 تظهر خرائط كوكب المشتري هذه حقًا قوة ترقيات VLA. & # 8221

احصل على خريطة لقمر جانيميد ، كوكب المشتري و # 8217s الضخم

لاحظ الفريق على مدى التردد الكامل بين 4 و 18 جيجاهيرتز (الطول الموجي 1.7 - 7 سم) ، مما مكنهم من تصميم الغلاف الجوي بعناية ، كما يقول ديفيد ديبوير ، عالم الفلك البحثي في ​​مختبر علم الفلك الراديوي بجامعة كاليفورنيا في بيركلي و 8217 ثانية.

& # 8220 نرى الآن بنية جيدة في نطاق 12 إلى 18 جيجا هرتز ، كما نراه كثيرًا في المرئي ، خاصة بالقرب من النقطة الحمراء العظيمة ، حيث نرى الكثير من الميزات المتعرجة الصغيرة ، & # 8221 يقول وونغ. & # 8220 هؤلاء يتتبعون حركات صعود وهبوط المياه المعقدة بالفعل هناك. & # 8221

تحل الملاحظات أيضًا تناقضًا محيرًا بين تركيز الأمونيا الذي اكتشفه مسبار جاليليو عندما غرق في الغلاف الجوي في عام 1995 - 4.5 أضعاف الوفرة التي لوحظت في الشمس - وقياسات VLA قبل عام 2004 ، والتي أظهرت كمية أقل بكثير من غاز الأمونيا مما تم قياسه بواسطة المسبار.

& # 8220Jupiter & # 8217s عادةً ما يؤدي التناوب مرة واحدة كل 10 ساعات إلى تشويش خرائط الراديو ، لأن هذه الخرائط تستغرق عدة ساعات لرصدها ، & # 8221 يقول المؤلف المشارك روبرت سولت من جامعة ملبورن في أستراليا. & # 8220 لكننا طورنا تقنية لمنع ذلك ، وبالتالي تجنب الخلط بين تدفق الأمونيا المتدفق إلى أعلى وأسفل المياه ، مما أدى إلى التقليل في وقت سابق. & # 8221

دعمت جوائز برنامج علم الفلك الكوكبي وأبحاث الكواكب الخارجية من الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء العمل. NRAO هي منشأة تابعة لمؤسسة العلوم الوطنية تعمل بموجب اتفاقية تعاونية من قبل Associated Universities، Inc.


تظهر صور الراديو الأخيرة كيف يبدو النشاط البركاني على كوكب المشتري & # x27s القمر

زودت الصور الراديوية التي التقطتها Atacama Large Millimeter / submillimeter Array العلماء لأول مرة بالتأثير المباشر للنشاط البركاني على الغلاف الجوي لقمر المشتري Io.

مع وجود أكثر من 400 بركان نشط على سطحه ، فإن Io هو القمر الأكثر نشاطًا بركانيًا في نظامنا الشمسي الذي يقذف غازات الكبريت التي تمنح Io ألوانه الأصفر والأبيض والبرتقالي والأحمر عندما تتجمد على سطحه.

على الرغم من أجواء أيو هو حوالي مليار مرة أرق من الغلاف الجوي للأرض، يمكن أن غلافه الجوي توفر العلماء مع نافذة إلى داخل القمر الغريبة وما يحدث تحت قشرتها الملونة.

أظهرت الأبحاث السابقة أن الغلاف الجوي لآيو يتكون في الغالب من غاز ثاني أكسيد الكبريت الذي يتم الحصول عليه في النهاية من النشاط البركاني. ومع ذلك ، يقول إيمكي دي باتر Imke de Pater من جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، إنه من غير المعروف ما هي العملية التي تحرك الديناميكيات في الغلاف الجوي لآيو. لم يتم تأكيد ما إذا كان النشاط البركاني أو الغاز هو الذي تصعد من السطح الجليدي عندما يكون Io في ضوء الشمس.

لذلك ، من أجل التمييز بين العمليات المختلفة التي تؤدي إلى ظهور الغلاف الجوي لآيو ، استخدم فريق من علماء الفلك ALMA لعمل لقطات للقمر عندما يمر داخل وخارج ظل المشتري.

أوضح StatiaLuszcz-Cook من جامعة كولومبيا ، نيويورك ، أنه عندما يمر قمر المشتري في ظله ، ويكون بعيدًا عن أشعة الشمس المباشرة ، يكون الجو باردًا جدًا بالنسبة لغاز ثاني أكسيد الكبريت ، ويتكثف على سطح أيو. خلال ذلك الوقت ، يمكن للعلماء فقط رؤية ثاني أكسيد الكبريت من مصادر بركانية ، وبالتالي يمكنهم رؤية مقدار تأثير النشاط البركاني على الغلاف الجوي.

بفضل الدقة والحساسية الرائعة لـ ALMA ، تمكن علماء الفلك من رؤية أعمدة ثاني أكسيد الكبريت وأول أكسيد الكبريت المنبعثة من البراكين لأول مرة. بمساعدة الصور الراديوية ، حسبوا أن البراكين النشطة تنتج بشكل مباشر 30-50٪ من الغلاف الجوي لآيو.

وأظهرت الصور أيضًا إطلاق غاز ثالث ، وهو كلوريد البوتاسيوم ، وهو دليل على أن خزانات الصهارة تختلف باختلاف البراكين.

تمت دراسة الصور بواسطة المرصد الفلكي الراديوي الوطني وهو مرفق تابع لمؤسسة العلوم الوطنية بالولايات المتحدة ، ويتم تشغيله بموجب اتفاقية تعاونية من قبل Associated Universities، Inc.

سيتم نشر بحث "ALMA Observations of Io Going into and Coming from Eclipse" في The Planetary Science Journal.


معايرة التدفق للتلسكوبات الراديوية أحادية الطبق

بن ليو ، شنغوا يو ، في البيانات الضخمة في علم الفلك ، 2020

4.1 المعلومات الأساسية والملاحظات السابقة TVLM 513

قد يكون TVLM 513 (2MASS J15010818 + 2250020) قزمًا صغيرًا ونشطًا M8.5V مع حجم سجل بولومتري (Lبول/ L) = - 3.65 درجة حرارة فعالة تيإف = 2200 كلفن وتقع على مسافة د = 10.6 جهاز كمبيوتر. من نظرية تكوين وتطور الأقزام فائقة البرودة وغياب الليثيوم في TVLM 513 ، من المعقول استنتاج قيم كتلة ونصف قطر هذا النجم.

0.1 رسون على التوالي. بالإضافة إلى ذلك ، يشير الطيف عالي الدقة الذي تم ملاحظته بواسطة مرصد Keck إلى أن TVLM 513 لديه سرعة دوران عالية نسبيًا ، 60 كم ثانية -1. انبعاث Hα لهذا القزم ضعيف للغاية ، مع قياس عرض مكافئ يبلغ 1.7 - 3.5 Å. مع VLA ، مستقطب دائري يمين للغاية (

65٪) حدث راديو من TVLM 513 بكثافة تدفق تبلغ

1100 μJy بالإضافة إلى انبعاث متغير ثابت عند 8.46 جيجا هرتز. تم إجراء مراقبة VLA متعددة الترددات لـ TVLM 513 عند 8.4 و 4.8 و 1.4 جيجاهرتز في عام 2006 ، باستخدام استراتيجية تتضمن مشاركة الوقت في ملاحظة واحدة مدتها 10 ساعات بين نطاقات التردد المختلفة. تم الكشف عن TVLM 513 في كل نطاق تردد مع تأكيد هامشي فقط للتغير وعدم الكشف عن التوهجات أو الاستقطاب الدائري القوي. لاحظ VLA انبعاثات راديو مستمرة ودورية من TVLM 513 عند 8.44 جيجا هرتز و 4.88 جيجا هرتز في وقت واحد ، مع فترة

2 ح. في وقت لاحق ، رشقات نارية دورية منتظمة للغاية (ص = 1.96 ساعة ، حتى

4 مللي جول) من السطوع العالي والانبعاثات الراديوية شديدة الاستقطاب الدائري بواسطة Hallinan et al. في عام 2007. تم الكشف عن رشقات متعددة من كل من اليسار واليمين 100٪ انبعاثات مستقطبة دائريًا. ومن المثير للاهتمام ، أن الانبعاثات الراديوية يمكنها تبديل الحالات من الاستقطاب الأيسر 100٪ إلى الاستقطاب الأيمن 100٪ في كل مرحلة. انفجر راديو آخر بكثافة تدفق تصل إلى

تم تقديم 4 mJy بواسطة Berger et al. في عام 2008 من فترة الرصدات الراديوية والأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية والبصرية. لوحظت انبعاثات راديوية ثابتة وهادئة متراكبة مع رشقات متعددة ، قصيرة الأمد ، شديدة الاستقطاب ، لكن هؤلاء المؤلفين أبلغوا عن عدم دورية في نشاط البقول / الاحتراق. تم الكشف عن انبعاث الأشعة السينية الهامشية فقط. في إعادة تحليل هذه البيانات ، بالإضافة إلى البيانات المأخوذة

بعد 40 يومًا (يونيو 2007) ، دويل وآخرون. في عام 2010 ، تم الإبلاغ عن معدل تكرار يبلغ 1.96 ساعة في مجموعتي البيانات ، مما أدى إلى اشتقاق فترة أكثر دقة.

لا تظهر الملاحظات الأخيرة التي أجرتها مجموعة كبيرة جدًا في يونيو 2007 أي أثر لانبعاثات الراديو من TVLM 513 عند 325 ميجاهرتز ، مما يضع حد تدفق أعلى يبلغ 795 μJy عند مستوى 2.5 درجة بواسطة Jaeger et al. في عام 2011.


تكشف التلسكوبات الراديوية عن جو فاتر لنجوم حمراء عملاقة قريبة

قام علماء الفلك باستخدام مصفوفة أتاكاما الكبيرة المليمترية / ما دون المليمتر (ALMA) و Karl G. سماء الليل.

صور إذاعية من Antares مع ALMA و VLA. رصد ALMA قلب العقرب بالقرب من سطحه بأطوال موجية أقصر ، وكشفت الأطوال الموجية الأطول التي لاحظتها VLA عن الغلاف الجوي للنجم بعيدًا. في صورة VLA ، تظهر رياح هائلة على اليمين ، مقذوفة من Antares وتضيء بواسطة نجمها المرافق الأصغر والأكثر سخونة Antares B. رصيد الصورة: ALMA / ESO / NAOJ / NRAO / E. O'Gorman / AUI / NSF / S. Dagnello.

Antares is located approximately 554 light-years away in the constellation of Scorpius.

Also known as Alpha Scorpii, it appears as a single star when viewed with the naked eye, but it is actually a binary star system.

The brighter of the pair, Antares A (Alpha Scorpii A), is the red supergiant, while the fainter, Antares B (Alpha Scorpii B), is a hot main sequence star.

The exact size of Antares A remains uncertain, but if placed at the center of the Solar System, it would reach to somewhere between the orbits of Mars and Jupiter. Its mass is calculated to be around 12 times that of the Sun.

In a new study, Dublin Institute for Advanced Studies astronomer Eamon O’Gorman and colleagues used ALMA and VLA to create a radio map of the binary system.

ALMA observed Antares close to its surface — its optical photosphere — in shorter wavelengths the longer wavelengths observed by the VLA revealed the star’s atmosphere further out.

As seen in visible light, Antares A’s diameter is about 700 times larger than the Sun.

But when ALMA and the VLA revealed its atmosphere in radio light, the supergiant turned out to be even more gigantic.

“The size of a star can vary dramatically depending on what wavelength of light it is observed with,” Dr. O’Gorman said.

“The longer wavelengths of the VLA revealed the supergiant’s atmosphere out to nearly 12 times the star’s radius.”

An artist’s impression of the atmosphere of Antares. As seen with the naked eye (up until the photosphere), Antares is around 700 times larger than our sun, big enough to fill the Solar System beyond the orbit of Mars (Solar System scale shown for comparison). But ALMA and VLA showed that its atmosphere, including the lower and upper chromosphere and wind zones, reaches out 12 times farther than that. Image credit: NRAO / AUI / NSF / S. Dagnello.

The astronomers also measured the temperature of most of the gas and plasma in the atmosphere of Antares A. Most noticeable was the temperature in its chromosphere.

Thanks to ALMA and the VLA, they discovered that the star’s chromosphere extends out to 2.5 times the star’s radius.

They also found that the temperature of the chromosphere is lower than previous optical and ultraviolet observations have suggested.

The temperature peaks at 3,500 degrees Celsius (6,400 degrees Fahrenheit), after which it gradually decreases. As a comparison, the Sun’s chromosphere reaches temperatures of almost 20,000 degrees Celsius (36,032 degrees Fahrenheit).

“We found that the chromosphere is ‘lukewarm’ rather than hot, in stellar temperatures,” Dr. O’Gorman said.

“The difference can be explained because our radio measurements are a sensitive thermometer for most of the gas and plasma in the star’s atmosphere, whereas past optical and ultraviolet observations were only sensitive to very hot gas and plasma.”

“We think that red supergiant stars, such as Antares and Betelgeuse, have an inhomogeneous atmosphere,” said Dr. Keiichi Ohnaka, an astronomer at the Universidad Católica del Norte.

“Imagine that their atmospheres are a painting made out of many dots of different colors, representing different temperatures.”

“Most of the painting contains dots of the lukewarm gas that radio telescopes can see, but there are also cold dots that only infrared telescopes can see, and hot dots that UV telescopes see. At the moment we can’t observe these dots individually, but we want to try that in future studies.”

In the ALMA and VLA data, astronomers for the first time saw a clear distinction between the chromosphere and the region where winds start to form.

In the VLA image, a huge wind is visible, ejected from Antares A and lit up by its smaller but hotter companion star Antares B.

“When I was a student, I dreamt of having data like this,” said Dr. Graham Harper, an astronomer at the University of Colorado, Boulder.

“Knowing the actual sizes and temperatures of the atmospheric zones gives us a clue of how these huge winds start to form and how much mass is being ejected.”

The findings were published in the journal Astronomy & Astrophysics.

E. O’Gorman وآخرون. 2020. ALMA and VLA reveal the lukewarm chromospheres of the nearby red supergiants Antares and Betelgeuse. A&A 638, A65 doi: 10.1051/0004-6361/202037756


New radio map of Jupiter reveals what's beneath colorful clouds

Astronomers using the upgraded Karl G. Jansky Very Large Array in New Mexico have produced the most detailed radio map yet of the atmosphere of Jupiter, revealing the massive movement of ammonia gas that underlies the colorful bands, spots and whirling clouds visible to the naked eye.

The University of California, Berkeley researchers measured radio emissions from Jupiter's atmosphere in wavelength bands where clouds are transparent. The observers were able to see as deep as 100 kilometers (60 miles) below the cloud tops, a largely unexplored region where clouds form.

The planet's thermal radio emissions are partially absorbed by ammonia gas. Based on the amount of absorption, the researchers could determine how much ammonia is present and at what depth.

By studying these regions of the planet's atmosphere, astronomers hope to learn how global circulation and cloud formation are driven by Jupiter's powerful internal heat source. These studies also will shed light on similar processes occuring on other giant planets in our solar system and on newly discovered giant exoplanets around distant stars.

"We in essence created a three-dimensional picture of ammonia gas in Jupiter's atmosphere, which reveals upward and downward motions within the turbulent atmosphere," said principal author Imke de Pater, a UC Berkeley professor of astronomy.

The map bears a striking resemblance to visible-light images taken by amateur astronomers and the Hubble Space Telescope, she said.

The radio map shows ammonia-rich gases rising into and forming the upper cloud layers: an ammonium hydrosulfide cloud at a temperature near 200 Kelvin (minus 100 degrees Fahrenheit) and an ammonia-ice cloud in the approximately 160 Kelvin cold air (minus 170 degrees Fahrenheit). These clouds are easily seen from Earth by optical telescopes.

The VLA radio map of the region around the Great Red Spot in Jupiter's atmosphere shows complex upwellings and downwellings of ammonia gas (upper map), that shape the colorful cloud layers seen in the approximately true-color Hubble map (lower map). Two radio wavelengths are shown in blue (2 cm) and gold (3 cm), probing depths of 30-90 kilometers below the clouds. Credit: Radio: Michael H. Wong, Imke de Pater (UC Berkeley), Robert J. Sault (Univ. Melbourne). Optical: NASA, ESA, A.A. Simon (GSFC), M.H. Wong (UC Berkeley), and G.S. Orton (JPL-Caltech)

Conversely, the radio maps show ammonia-poor air sinking into the planet, similar to how dry air descends from above the cloud layers on Earth.

The map also shows that hotspots—so-called because they appear bright in radio and thermal infrared images—are ammonia-poor regions that encircle the planet like a belt just north of the equator. Between these hotspots are ammonia-rich upwellings that bring ammonia from deeper in the planet.

"With radio, we can peer through the clouds and see that those hotspots are interleaved with plumes of ammonia rising from deep in the planet, tracing the vertical undulations of an equatorial wave system," said UC Berkeley research astronomer Michael Wong.

The final maps have the best spatial resolution ever achieved in a radio map: 1,300 kilometers.

"We now see high ammonia levels like those detected by Galileo from over 100 kilometers deep, where the pressure is about eight times Earth's atmospheric pressure, all the way up to the cloud condensation levels," de Pater said.

De Pater, Wong and their colleaugues will report their findings and highly detailed maps in the June 3, 2016 issue of the journal علم.

In this movie, optical images of the surface clouds encircling Jupiter's equator --including the famous Great Red Spot -- alternate with new detailed radio images of the deep atmosphere (up to 30 kilometers below the clouds). The radio map shows ammonia-rich gases rising to the surface (dark) intermixed with descending, ammonia-poor gases (bright). In the cold temperatures of the upper atmosphere (160 to 200 Kelvin, or -170 to -100 degrees Fahrenheit), the rising ammonia condenses into clouds, which are invisible in the radio region. Credit: Radio: Robert J. Sault (Univ. Melbourne), Imke de Pater and Michael H. Wong (UC Berkeley). Optical: Marco Vedovato, Christopher Go, Manos Kardasis, Ian Sharp, Imke de Pater.

Prelude to Juno's arrival

The observations are being reported just one month before the July 4, 2016 arrival at Jupiter of NASA's Juno spacecraft, which plans, in part, to measure the amount of water in the deep atmosphere where the Very Large Array looked for ammonia.

"Maps like ours can help put their data into the bigger picture of what's happening in Jupiter's atmosphere," de Pater said, noting that her team will observe Jupiter with the VLA at the same time as Juno's microwave instruments are probing for water.

Key to the new observations was an upgrade to the VLA that improved sensitivity by a factor of 10, said Bryan Butler, a co-author and staff astronomer at the National Radio Astronomy Observatory in Socorro, New Mexico, which operates the VLA. "These Jupiter maps really show the power of the upgrades to the VLA."

The team observed over the entire frequency range between 4 and 18 gigahertz (1.7—7 centimeter wavelength), which enabled them to carefully model the atmosphere, said David DeBoer, a research astronomer with UC Berkeley's Radio Astronomy Laboratory.

"We now see fine structure in the 12 to 18 gigahertz band, much like we see in the visible, especially near the Great Red Spot, where we see a lot of little curly features," Wong said. "Those trace really complex upwelling and downwelling motions there."

The observations also resolve a puzzling discrepancy between the ammonia concentration detected by the Galileo probe when it plunged through the atmosphere in 1995—4.5 times the abundance observed in the sun—and VLA measurements from before 2004, which showed much less ammonia gas than measured by the probe.

"Jupiter's rotation once every 10 hours usually blurs radio maps, because these maps take many hours to observe," said co-author Robert Sault, of the University of Melbourne in Australia. "But we have developed a technique to prevent this and so avoid confusing together the upwelling and downwelling ammonia flows, which had led to the earlier underestimate."


New radio map of Jupiter reveals what’s beneath colorful clouds

Astronomers using the upgraded Karl G. Jansky Very Large Array in New Mexico have produced the most detailed radio map yet of the atmosphere of Jupiter, revealing the massive movement of ammonia gas that underlies the colorful bands, spots and whirling clouds visible to the naked eye.

The UC Berkeley researchers measured radio emissions from Jupiter’s atmosphere in wavelength bands where clouds are transparent. The observers were able to see as deep as 100 kilometers (60 miles) below the cloud tops, a largely unexplored region where clouds form.

The planet’s thermal radio emissions are partially absorbed by ammonia gas. Based on the amount of absorption, the researchers could determine how much ammonia is present and at what depth.

By studying these regions of the planet’s atmosphere, astronomers hope to learn how global circulation and cloud formation are driven by Jupiter’s powerful internal heat source. These studies also will shed light on similar processes occuring on other giant planets in our solar system and on newly discovered giant exoplanets around distant stars.

“We in essence created a three-dimensional picture of ammonia gas in Jupiter’s atmosphere, which reveals upward and downward motions within the turbulent atmosphere,” said principal author Imke de Pater, a UC Berkeley professor of astronomy.

The map bears a striking resemblance to visible-light images taken by amateur astronomers and the Hubble Space Telescope, she said.

The VLA radio map (top) of the region around the Great Red Spot in Jupiter’s atmosphere shows complex upwellings and downwellings of ammonia gas that shape the colorful cloud layers seen in the approximately true-color Hubble Space Telescope map (bottom). Two radio wavelengths are shown in blue (2 cm) and gold (3 cm), probing depths of 30-90 kilometers below the clouds. Radio image by Michael H. Wong, Imke de Pater (UC Berkeley), Robert J. Sault (Univ. Melbourne). (Optical image by NASA, ESA, A.A. Simon (GSFC), M.H. Wong (UC Berkeley), and G.S. Orton (JPL-Caltech) )

The radio map shows ammonia-rich gases rising into and forming the upper cloud layers: an ammonium hydrosulfide cloud at a temperature near 200 Kelvin (minus 100 degrees Fahrenheit) and an ammonia-ice cloud in the approximately 160 Kelvin cold air (minus 170 degrees Fahrenheit). These clouds are easily seen from Earth by optical telescopes.

Conversely, the radio maps show ammonia-poor air sinking into the planet, similar to how dry air descends from above the cloud layers on Earth.

The map also shows that hotspots – so-called because they appear bright in radio and thermal infrared images – are ammonia-poor regions that encircle the planet like a belt just north of the equator. Between these hotspots are ammonia-rich upwellings that bring ammonia from deeper in the planet.

“With radio, we can peer through the clouds and see that those hotspots are interleaved with plumes of ammonia rising from deep in the planet, tracing the vertical undulations of an equatorial wave system,” said UC Berkeley research astronomer Michael Wong.

The final maps have the best spatial resolution ever achieved in a radio map: 1,300 kilometers.

“We now see high ammonia levels like those detected by Galileo from over 100 kilometers deep, where the pressure is about eight times Earth’s atmospheric pressure, all the way up to the cloud condensation levels,” de Pater said.

De Pater, Wong and their colleaugues will report their findings and highly detailed maps in the June 3 issue of the journal علم.

Prelude to Juno’s arrival

The observations are being reported just one month before the July 4 arrival at Jupiter of NASA’s Juno spacecraft, which plans, in part, to measure the amount of water in the deep atmosphere where the Very Large Array looked for ammonia.

A radio image of Jupiter from the VLA at three wavelengths: 2 cm in blue, 3 cm in gold, and 6 cm in red. A uniform disk has been subtracted to better show the fine banded structure on the planet. The pink glow surrounding the planet is synchrotron radiation produced by spiraling electrons trapped in Jupiter’s magnetic field. Banded details on the planet’s disk probe depths of 30-90 km below the clouds. This image is averaged from 10 hours of VLA data, so the fine details seen in the other maps are smeared here by the planet’s rotation. Image by Imke de Pater, Michael H. Wong (UC Berkeley), Robert J. Sault (Univ. Melbourne).

“Maps like ours can help put their data into the bigger picture of what’s happening in Jupiter’s atmosphere,” de Pater said, noting that her team will observe Jupiter with the VLA at the same time as Juno’s microwave instruments are probing for water.

Key to the new observations was an upgrade to the VLA that improved sensitivity by a factor of 10, said Bryan Butler, a co-author and staff astronomer at the National Radio Astronomy Observatory in Socorro, New Mexico, which operates the VLA. “These Jupiter maps really show the power of the upgrades to the VLA.”

The team observed over the entire frequency range between 4 and 18 gigahertz (1.7 – 7 centimeter wavelength), which enabled them to carefully model the atmosphere, said David DeBoer, a research astronomer with UC Berkeley’s Radio Astronomy Laboratory.

“We now see fine structure in the 12 to 18 gigahertz band, much like we see in the visible, especially near the Great Red Spot, where we see a lot of little curly features,” Wong said. “Those trace really complex upwelling and downwelling motions there.”

The observations also resolve a puzzling discrepancy between the ammonia concentration detected by the Galileo probe when it plunged through the atmosphere in 1995 – 4.5 times the abundance observed in the sun – and VLA measurements from before 2004, which showed much less ammonia gas than measured by the probe.

“Jupiter’s rotation once every 10 hours usually blurs radio maps, because these maps take many hours to observe,” said co-author Robert Sault, of the University of Melbourne in Australia. “But we have developed a technique to prevent this and so avoid confusing together the upwelling and downwelling ammonia flows, which had led to the earlier underestimate.”

This research was supported by Planetary Astronomy and Outer Planets Research Program awards from the National Aeronautics and Space Administration. NRAO is a National Science Foundation facility operated under cooperative agreement by Associated Universities, Inc.