In het wervelende bladerdak van de atmosfeer van Jupiter zijn wolkenloze plekken zo uitzonderlijk dat de groten de speciale naam 'hotspots' krijgen. Hoe deze openingen precies ontstaan en waarom ze alleen in de buurt van de evenaar van de planeet worden gevonden, zijn lange tijd mysteries geweest. Nu hebben wetenschappers met behulp van beelden van NASA's Cassini-ruimtevaartuig nieuw bewijs gevonden dat hotspots in de atmosfeer van Jupiter worden gecreëerd door een Rossby-golf, een patroon dat ook wordt gezien in de atmosfeer en oceanen van de aarde. Het team ontdekte dat de golf die verantwoordelijk is voor de hotspots op en neer glijdt door lagen van de atmosfeer als een carrouselpaard op een draaimolen.
"Dit is de eerste keer dat iemand gedurende een bepaalde periode de vorm van meerdere hotspots nauwlettend heeft gevolgd, wat de beste manier is om de dynamische aard van deze functies te waarderen", aldus de hoofdauteur van de studie, David Choi, een NASA Postdoctoral Fellow werken bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md. De paper wordt online gepubliceerd in het aprilnummer van het tijdschrift Icarus.
Choi en zijn collega's maakten time-lapse-films van honderden observaties die Cassini maakte tijdens de vlucht van Jupiter eind 2000, toen het ruimtevaartuig de planeet het dichtst naderde. De films zoomen in op een lijn van hotspots tussen een van Jupiters donkere gordels en helderwitte zones, ongeveer 7 graden ten noorden van de evenaar. De studie bestrijkt ongeveer twee maanden (in aardse tijd) en onderzoekt de dagelijkse en wekelijkse veranderingen in de afmetingen en vormen van de hotspots, die elk gemiddeld meer gebied beslaan dan Noord-Amerika.
Veel van wat wetenschappers weten over hotspots kwam van NASA's Galileo-missie, die een atmosferische sonde losliet die in 1995 afdaalde naar een hotspot. Dit was het eerste, en tot dusver enige, in-situ onderzoek naar de atmosfeer van Jupiter.
"Galileo's sondegegevens en een handvol orbiterbeelden duidden op de complexe winden die rond en door deze hotspots wervelden, en wierpen vragen op over de vraag of het in wezen golven, cyclonen of iets daartussenin waren", zei Ashwin Vasavada, een co-auteur van papier die is gevestigd in NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, en die lid was van het Cassini imaging team tijdens de flyup van Jupiter. "De fantastische films van Cassini tonen nu de hele levenscyclus en evolutie van hotspots tot in detail."
Omdat hotspots breuken in de wolken zijn, bieden ze vensters in een normaal ongeziene laag van de atmosfeer van Jupiter, mogelijk helemaal tot het niveau waar waterwolken kunnen ontstaan. Op foto's lijken hotspots schimmig, maar omdat de diepere lagen warmer zijn, zijn hotspots erg helder op de infraroodgolflengten waar warmte wordt waargenomen; in feite is dit hoe ze hun naam hebben gekregen.
Een hypothese is dat hotspots ontstaan wanneer grote luchtstromen in de atmosfeer wegzakken en daarbij worden verwarmd of uitgedroogd. Maar de verrassende regelmaat van hotspots heeft sommige onderzoekers doen vermoeden dat er sprake is van een atmosferische golf. Meestal staan acht tot tien hotspots in de rij, ongeveer gelijkmatig verdeeld, met daartussen dichte witte wolkenpluimen. Dit patroon kan worden verklaard door een golf die koude lucht naar beneden duwt, eventuele wolken opbreekt en vervolgens warme lucht naar boven voert, waardoor de zware bewolking in de pluimen ontstaat. Computermodellering heeft deze redenering versterkt.
Uit de Cassini-films brachten de onderzoekers de winden in en rond elke hotspot en pluim in kaart, en onderzochten ze de interacties met passerende wervels, naast windmolens of spiraalvormige wervelingen, die samensmelten met de hotspots. Om deze bewegingen te scheiden van de jetstroom waarin de hotspots zich bevinden, volgden de wetenschappers ook de bewegingen van kleine "scooterwolken", vergelijkbaar met cirruswolken op aarde. Dit leverde misschien wel de eerste directe meting op van de ware windsnelheid van de jetstream, die werd geklokt op ongeveer 300 tot 450 mph (500 tot 720 kilometer per uur) - veel sneller dan iemand eerder dacht. De hotspots kuieren in een rustiger tempo van ongeveer 225 mph (362 kilometer per uur).
Door deze individuele bewegingen te plagen, zagen de onderzoekers dat de bewegingen van de hotspots passen bij het patroon van een Rossby-golf in de atmosfeer. Op aarde spelen Rossby-golven een grote rol bij het weer. Bijvoorbeeld, wanneer een ijskoude Arctische lucht plotseling naar beneden valt en de gewassen van Florida bevriest, interageert een Rossby-golf met de poolstraalstroom en stuurt deze zijn typische koers af. De golf reist rond onze planeet, maar dwaalt af en toe naar het noorden en het zuiden.
De golf die verantwoordelijk is voor de hotspots omcirkelt ook de planeet van west naar oost, maar in plaats van van noord naar zuid te zwerven, glijdt hij op en neer in de atmosfeer. De onderzoekers schatten dat deze golf kan stijgen en dalen van 24 tot 50 kilometer hoog.
De nieuwe bevindingen zouden onderzoekers moeten helpen begrijpen hoe goed de waarnemingen die door de Galileo-sonde worden teruggestuurd zich uitstrekken tot de rest van de atmosfeer van Jupiter. "En dat is weer een stap in het beantwoorden van meer van de vragen die nog steeds hotspots op Jupiter omringen", zei Choi.
