बृहस्पति पर, यह सभी तरह से नीचे की ओर है

कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले में ग्रहों के वैज्ञानिकों का कहना है कि वास्तव में भयंकर बिजली के साथ मुशबालों के ओलावृष्टि वास्तव में बृहस्पति पर मौजूद हैं। वास्तव में, हमारे सौर मंडल के अन्य विशाल ग्रह, शनि, यूरेनस और नेपच्यून सहित, आकाशगंगा के सभी गैसीय ग्रहों पर मुशबॉल ओलावृष्टि हो सकती है।

मस्कबॉल के विचार को शुरू में 2020 में ज्यूपिटर के ऊपरी वातावरण में अमोनिया गैस के वितरण में गैर -बराबरी की व्याख्या करने के लिए आगे रखा गया था, जो नासा के जूनो मिशन और पृथ्वी पर रेडियो टेलीस्कोप द्वारा दोनों का पता लगाया गया था।

उस समय, यूसी बर्कले के स्नातक छात्र क्रिस मोकेल और उनके सलाहकार, इमके डी पैटर, खगोल विज्ञान के प्रोफेसर एमेरिटा और पृथ्वी और ग्रह विज्ञान के, सिद्धांत को बहुत स्पष्ट होने के लिए विस्तृत, अत्यधिक विशिष्ट वायुमंडलीय स्थितियों की आवश्यकता है।

“इम्के और मैं दोनों जैसे थे, ‘दुनिया में कोई रास्ता नहीं है, यह सच है,” मोकेल ने कहा, जिन्होंने अपने यूसी बर्कले पीएचडी प्राप्त की। पिछले साल और अब यूसी बर्कले के स्पेस साइंसेज लेबोरेटरी में एक शोधकर्ता है। “इतनी सारी चीजों को वास्तव में यह समझाने के लिए एक साथ आना पड़ता है, यह बहुत विदेशी लगता है। मैंने मूल रूप से तीन साल बिताए, यह गलत साबित करने के लिए प्रयास किया। और मैं इसे गलत साबित नहीं कर सका।”

पुष्टि, जर्नल में 28 मार्च को रिपोर्ट की गई विज्ञान प्रगतिबृहस्पति के ऊपरी वातावरण के पहले 3 डी विज़ुअलाइज़ेशन के साथ एक साथ उभरा, जिसे मोकेल और डी पैटर ने हाल ही में एक पेपर में बनाया और वर्णन किया है जो अब पीयर रिव्यू से गुजर रहा है और प्रीप्रिंट सर्वर Arxiv पर पोस्ट किया गया है।

बृहस्पति के ट्रोपोस्फीयर की 3 डी तस्वीर से पता चलता है कि बृहस्पति पर मौसम की अधिकांश प्रणालियां उथले हैं, जो ग्रह के दृश्यमान क्लाउड डेक या “सतह” से केवल 10 से 20 किलोमीटर नीचे पहुंचती हैं, जिसमें 70,000 किमी की त्रिज्या है। ग्रह को घेरने वाले बैंड में अधिकांश रंगीन, घूमते पैटर्न उथले हैं।

कुछ मौसम, हालांकि, ट्रोपोस्फीयर में बहुत गहराई तक उभरता है, अमोनिया और पानी को पुनर्वितरित करता है और अनिवार्य रूप से एक समान वातावरण माना जाता था। जिम्मेदार तीन प्रकार के मौसम की घटनाएं तूफान की तरह भंवर हैं, हॉटस्पॉट्स अमोनिया-समृद्ध प्लमों के लिए युग्मित हैं जो एक लहर जैसी संरचना में ग्रह के चारों ओर लपेटते हैं, और बड़े तूफान जो मुशबॉल और बिजली पैदा करते हैं।

“हर बार जब आप बृहस्पति को देखते हैं, तो यह ज्यादातर सतह का स्तर होता है,” मोकेल ने कहा। “यह उथला है, लेकिन कुछ चीजें – भंवर और ये बड़े तूफान – के माध्यम से पंच कर सकते हैं।”

“जूनो वास्तव में दिखाता है कि अमोनिया को लगभग 150 किलोमीटर तक कम कर दिया गया है, जो वास्तव में अजीब है,” डी पैटर ने कहा, जिसने 10 साल पहले पता लगाया था कि अमोनिया लगभग 50 किमी तक कम हो गया था। “यही वह है जो क्रिस अपने तूफान प्रणालियों के साथ समझाने की कोशिश कर रहा है, हमारी अपेक्षा से कहीं अधिक गहरा है।”

बादलों की टिप्पणियों से ग्रह रचना

बृहस्पति और शनि और नेप्च्यून और यूरेनस जैसे बर्फ के दिग्गजों जैसे कि जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप सहित, वर्तमान अंतरिक्ष मिशनों और बड़े दूरबीनों का एक प्रमुख ध्यान केंद्रित है, क्योंकि वे हमें हमारे सौर मंडल के गठन इतिहास और दूर के एक्सोप्लैनेट्स के जमीनी सत्य अवलोकन को समझने में मदद कर सकते हैं, जिनमें से कई बड़े और गैसेस हैं। चूंकि खगोलविद केवल दूर के एक्सोप्लैनेट्स के ऊपरी वायुमंडल को देख सकते हैं, इसलिए इन टिप्पणियों में रासायनिक हस्ताक्षर की व्याख्या करना यह जानने से वैज्ञानिकों को पृथ्वी जैसे ग्रहों के लिए, यहां तक ​​कि एक्सोप्लैनेट अंदरूनी हिस्सों के विवरण का पता लगाने में मदद मिल सकती है।

“हम मूल रूप से दिखा रहे हैं कि वातावरण का शीर्ष वास्तव में ग्रह के अंदर क्या है, का एक बहुत बुरा प्रतिनिधि है,” मोकेल ने कहा।

ऐसा इसलिए है क्योंकि उन तूफानों की तरह जो मस्कबॉल बनाते हैं, वे वातावरण को अनमोल करते हैं ताकि क्लाउड टॉप की रासायनिक संरचना जरूरी नहीं कि वातावरण में संरचना को गहराई से प्रतिबिंबित करे। बृहस्पति अद्वितीय होने की संभावना नहीं है।

“आप बस यूरेनस, नेपच्यून – निश्चित रूप से एक्सोप्लैनेट्स के लिए भी विस्तार कर सकते हैं,” डी पैटर ने कहा।

बृहस्पति पर वातावरण पृथ्वी पर मौलिक रूप से अलग है। यह मुख्य रूप से हाइड्रोजन और हीलियम गैस से बना है, जिसमें गैसीय अणुओं की मात्रा है, जैसे अमोनिया और पानी, जो थोक वातावरण की तुलना में भारी होते हैं। पृथ्वी का वातावरण मुख्य रूप से नाइट्रोजन और ऑक्सीजन है। बृहस्पति के पास द ग्रेट रेड स्पॉट की तरह तूफान भी हैं, जो सदियों से चलते हैं। और जबकि अमोनिया गैस और जल वाष्प में वृद्धि होती है, बर्फ की तरह बूंदों में जम जाती है, और लगातार बारिश होती है, हिट करने के लिए कोई ठोस सतह नहीं होती है। किस बिंदु पर बारिश की बूंदें गिरती हैं?

“पृथ्वी पर, आपके पास एक सतह है, और बारिश अंततः इस सतह से टकराएगी,” मोकेल ने कहा। “सवाल यह है: यदि आप सतह को दूर ले जाते हैं तो क्या होता है? बारिश की बूंदें ग्रह में कितनी दूर तक गिरती हैं? यह वही है जो हमारे पास विशाल ग्रहों पर है।”

इस सवाल ने दशकों से ग्रहों के वैज्ञानिकों के हित को बढ़ाया है, क्योंकि बारिश और तूफान जैसी प्रक्रियाओं को ग्रहों के वायुमंडल के मुख्य ऊर्ध्वाधर मिक्सर माना जाता है। दशकों के लिए, बृहस्पति जैसे गैस विशाल ग्रहों के आंतरिक मेकअप के बारे में एक अच्छी तरह से मिश्रित वातावरण निर्देशित निष्कर्षों की सरल धारणा।

रेडियो दूरबीनों द्वारा अवलोकन, इसका अधिकांश हिस्सा डी पैटर और सहकर्मियों द्वारा आयोजित किया गया है, यह दर्शाता है कि यह सरल धारणा गलत है।

“अशांत क्लाउड टॉप्स आपको यह मानने के लिए प्रेरित करेंगे कि वातावरण अच्छी तरह से मिश्रित है,” मोकेल ने कहा, पानी के एक उबलते बर्तन की सादृश्य को आमंत्रित करते हुए। “यदि आप शीर्ष को देखते हैं, तो आप इसे उबलते हुए देखते हैं, और आप यह मान लेंगे कि पूरा बर्तन उबल रहा है। लेकिन ये निष्कर्ष बताते हैं कि भले ही शीर्ष उबलते हुए दिखता है, नीचे एक परत है जो वास्तव में बहुत स्थिर और सुस्त है।”

मुशबालों के माइक्रोफिज़िक्स

बृहस्पति पर, पानी की बारिश और अमोनिया बर्फ का अधिकांश हिस्सा ठंड के वातावरण में उच्च चक्र के रूप में दिखाई देता है और गिरने के साथ ही वाष्पित हो जाता है, मोकेल ने कहा। फिर भी, ज्यूपिटर में जूनो के आगमन से पहले, डी पैटर और उसके सहयोगियों ने अमोनिया में ऊपरी वातावरण की कमी की सूचना दी। वे इन टिप्पणियों को समझाने में सक्षम थे, हालांकि, गतिशील और मानक मौसम मॉडलिंग के माध्यम से, जिसने पानी की परत के नीचे आंधी में अमोनिया की बारिश की भविष्यवाणी की, जहां जल वाष्प एक तरल में संघनित होता है।

लेकिन जूनो द्वारा रेडियो टिप्पणियों ने गरीब मिश्रण के क्षेत्रों को बहुत अधिक गहराई तक पहुंचाया, लगभग 150 किमी तक, कई क्षेत्रों के साथ अमोनिया से अलग होकर और कोई ज्ञात तंत्र नहीं है जो टिप्पणियों को समझा सकता है। इसके कारण यह प्रस्ताव दिया गया कि पानी और अमोनिया बर्फ को ओलावृष्टि का निर्माण करना चाहिए जो वायुमंडल से बाहर गिरते हैं और अमोनिया को हटाते हैं। लेकिन यह एक रहस्य था कि कैसे ओलावृष्टि बन सकती थी जो सैकड़ों किलोमीटर के वातावरण में गिरने के लिए काफी भारी थी।

यह समझाने के लिए कि अमोनिया बृहस्पति के वातावरण के कुछ हिस्सों से क्यों गायब है, ग्रहों के वैज्ञानिक ट्रिस्टन गिलोट ने एक सिद्धांत का प्रस्ताव किया जिसमें हिंसक तूफान और स्लश ओलस्टोन शामिल थे, जिन्हें मुशबाल कहा जाता है। इस विचार में, तूफानों के दौरान मजबूत अपड्राफ्ट बादलों के ऊपर छोटे बर्फ के कणों को उठा सकते हैं – 60 किलोमीटर से अधिक। उन ऊंचाई पर, बर्फ अमोनिया वाष्प के साथ मिलती है, जो एंटीफ् es ीज़र की तरह काम करती है और बर्फ को एक धीमी तरल में पिघला देती है। जैसे -जैसे कण बढ़ते रहते हैं और गिरते रहते हैं, वे बड़े होते हैं – जैसे कि पृथ्वी पर ओलावृष्टि – अंततः मुशबाल बन जाती है जो सॉफ्टबॉल का आकार होती है।

ये मुशबॉल 3 से 1 अनुपात के साथ बड़ी मात्रा में पानी और अमोनिया को फंसा सकते हैं। अपने आकार और वजन के कारण, वे वातावरण में गहरे गिर जाते हैं – ठीक है जहां तूफान शुरू हुआ – अमोनिया को अपने साथ ले जाना। यह समझाने में मदद करता है कि अमोनिया ऊपरी वातावरण से गायब क्यों प्रतीत होता है: इसे नीचे खींचा जा रहा है और ग्रह के अंदर गहराई से छिपाया जा रहा है, जहां यह रेडियो टेलीस्कोप के साथ देखे जाने के लिए बेहोश हस्ताक्षर छोड़ देता है।

हालांकि, प्रक्रिया कई विशिष्ट स्थितियों पर निर्भर करती है। तूफानों को बहुत मजबूत अपड्राफ्ट की आवश्यकता होती है, लगभग 100 मीटर प्रति सेकंड, और स्लैश कणों को जल्दी से अमोनिया के साथ मिलाना चाहिए और गिरावट से बचने के लिए काफी बड़ा हो जाना चाहिए।

“मुशबॉल यात्रा अनिवार्य रूप से पानी की बूंदों के रूप में क्लाउड डेक से लगभग 50 से 60 किलोमीटर नीचे शुरू होती है। पानी की बूंदें तेजी से क्लाउड डेक के शीर्ष पर सभी तरह से मचान हो जाती हैं, जहां वे बाहर फ्रीज करते हैं और फिर ग्रह में सौ किलोमीटर से अधिक गिर जाते हैं, जहां वे वाष्पित होने और वहां से नीचे की सामग्री जमा करने के लिए शुरू करते हैं,” मोकेल ने कहा। “और इसलिए आपके पास, अनिवार्य रूप से, यह अजीब प्रणाली है जो क्लाउड डेक के नीचे बहुत नीचे ट्रिगर हो जाती है, वातावरण के शीर्ष पर जाती है और फिर ग्रह में गहराई तक डूब जाती है।”

एक तूफान क्लाउड के लिए जूनो रेडियो डेटा में अद्वितीय हस्ताक्षर ने उसे और उसके सहयोगियों को आश्वस्त किया कि यह वास्तव में, क्या होता है।

“बादल के नीचे एक छोटा सा स्थान था जो या तो ठंडा होने जैसा दिखता था, अर्थात् बर्फ पिघला रहा था, या एक अमोनिया वृद्धि, यानी अमोनिया की पिघलना और रिहा करना,” मोकेल ने कहा। “यह तथ्य था कि या तो स्पष्टीकरण केवल मुशबॉल के साथ संभव था जिसने अंततः मुझे आश्वस्त किया।”

पेपर के सह-लेखक हुझी गे के अनुसार, पसेडेना में कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में एक पोस्टडॉक्टोरल फेलो के एक विशेषज्ञ पेपर के सह-लेखक हुज़ी गे के अनुसार, रेडियो हस्ताक्षर पानी की बारिश या अमोनिया स्नो के कारण नहीं हो सकता था।

” विज्ञान प्रगति पेपर दिखाता है, अवलोकन, कि यह प्रक्रिया स्पष्ट रूप से सच है, एक सरल उत्तर खोजने के लिए मेरी सबसे अच्छी इच्छा के खिलाफ, “मोकेल ने कहा।

बृहस्पति के समन्वित अवलोकन

दुनिया भर के वैज्ञानिक बृहस्पति को नियमित रूप से ग्राउंड-आधारित दूरबीनों के साथ देखते हैं, जो हर छह सप्ताह में ग्रह के लिए जूनो के निकटतम दृष्टिकोण के साथ मेल खाते हैं। फरवरी 2017 और अप्रैल 2019 में – दो पत्रों द्वारा कवर की गई अवधि – शोधकर्ताओं ने न्यू मैक्सिको में हबल स्पेस टेलीस्कोप (एचएसटी) और वेरी लार्ज एरे (वीएलए) दोनों से डेटा का उपयोग किया, ताकि ट्रोपोस्फीयर की 3 डी तस्वीर बनाने के प्रयास में जूनो टिप्पणियों को पूरक किया जा सके। HST, दृश्यमान तरंग दैर्ध्य पर, क्लाउड टॉप से ​​परिलक्षित प्रकाश के माप प्रदान किया, जबकि VLA, एक रेडियो टेलीस्कोप, वैश्विक संदर्भ प्रदान करने के लिए बादलों के नीचे दसियों किलोमीटर की जांच की। जूनो के माइक्रोवेव रेडियोमीटर ने वातावरण के एक सीमित क्षेत्र में बृहस्पति के गहरे माहौल की खोज की।

“मैंने अनिवार्य रूप से एक टोमोग्राफी विधि विकसित की है जो रेडियो टिप्पणियों को लेती है और उन्हें वातावरण के उस हिस्से के तीन-आयामी प्रतिपादन में बदल देती है जो जूनो द्वारा देखा जाता है,” मोकेल ने कहा।

बृहस्पति के उस एक स्वाथ की 3 डी तस्वीर ने पुष्टि की कि अधिकांश मौसम ऊपरी 10 किलोमीटर में हो रहा है।

मोकेल ने कहा, “पानी के संघनन परत ने बृहस्पति पर गतिशीलता और मौसम को नियंत्रित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है।” “केवल सबसे शक्तिशाली तूफान और लहरें उस परत के माध्यम से टूट सकती हैं।

Moeckel ने कहा कि बृहस्पति के वातावरण के उनके विश्लेषण में जूनो मिशन से सार्वजनिक रूप से उपलब्ध कैलिब्रेटेड डेटा उत्पादों की कमी से देरी हुई। जारी किए गए डेटा के वर्तमान स्तर को देखते हुए, उन्हें मिशन टीम के डेटा प्रोसेसिंग विधियों – टूल, डेटा और चर्चाओं को स्वतंत्र रूप से पुनर्निर्माण करने के लिए मजबूर किया गया था, जो पहले साझा किए जाने पर स्वतंत्र अनुसंधान को काफी तेज कर सकते हैं और वैज्ञानिक भागीदारी को व्यापक बना सकते हैं। उन्होंने तब से इन संसाधनों को भविष्य के अनुसंधान प्रयासों का समर्थन करने के लिए सार्वजनिक रूप से उपलब्ध कराया है।

काम को नासा (80NSSC18K1003) से एक सोलर सिस्टम ऑब्जर्वेशन (SSO) पुरस्कार द्वारा भाग में वित्त पोषित किया गया था।