Badai 100 tahun menantang pemahaman kita tentang raksasa gas

Selama misi Solstice tujuh tahunnya, Cassini menyaksikan badai besar pecah dan mengelilingi Saturnus. Para ilmuwan percaya bahwa badai semacam itu sebagian terkait dengan efek musiman sinar matahari di atmosfer Saturnus. Kredit gambar: NASA/JPL-Caltech/Institut Ilmu Antariksa

Badai besar meninggalkan bekas di atmosfer Saturnus selama berabad-abad.

Para peneliti telah menemukan badai raksasa jangka panjang Saturnusmirip dengan JupiterBintik Merah Besar, dengan mempelajari emisi radio dan gangguan gas amonia. Penelitian ini mengungkapkan perbedaan yang signifikan dalam atmosfer antara raksasa gas, menantang pemahaman badai raksasa saat ini, dan memberikan wawasan baru yang dapat mempengaruhi studi masa depan di planet ekstrasurya.

Bintik Merah Besar dan penemuan baru di Saturnus

Badai terbesar di tata surya, antisiklon selebar 10.000 mil yang dikenal sebagai Bintik Merah Besar, telah menghiasi permukaan Jupiter selama ratusan tahun.

Sebuah studi baru mengungkapkan bahwa Saturnus, meskipun penampilannya lebih sederhana dibandingkan dengan penampilan Jupiter yang berwarna-warni, juga memiliki badai raksasa yang bertahan lama. Badai ini memiliki efek mendalam di atmosfer yang berlangsung selama berabad-abad.

Metodologi studi

Penelitian ini dilakukan oleh para astronom Universitas California, Berkeleydan Universitas Michigan Ann Arbor. Mereka memeriksa emisi radio dari planet, yang berasal dari bawah permukaan, dan menemukan gangguan jangka panjang dalam distribusi gas amonia.

Studi ini diterbitkan 11 Agustus di jurnal Kemajuan ilmu pengetahuan.

Gambar radio Saturnus diambil dengan VLA pada Mei 2015, dengan emisi radio yang lebih terang dari Saturnus dan cincinnya dikurangi untuk meningkatkan kontras dalam emisi radio yang lebih redup antara garis lintang yang berbeda di atmosfer. Karena amonia memblokir gelombang radio, fitur terang menunjukkan daerah di mana amonia habis dan VLA dapat melihat lebih dalam ke atmosfer. Pita terang lebar di garis lintang utara adalah akibat dari badai 2010 di Saturnus, yang tampaknya menghabiskan gas amonia di bawah awan es amonia, yang kita lihat dengan mata telanjang. Kredit: RJ Salt dan E.D. Butter

Sifat badai mega

Badai raksasa terjadi setiap 20 hingga 30 tahun di Saturnus dan mirip dengan badai di Bumi, meski jauh lebih besar. Tapi tidak seperti badai Bumi, tidak ada yang tahu mengapa badai besar terjadi di atmosfer Saturnus, yang terutama terdiri dari hidrogen dan helium dengan jejak metana, air, dan amonia.

“Memahami mekanisme badai terbesar tata surya menempatkan teori badai dalam konteks kosmik yang lebih luas, menantang pengetahuan kita saat ini dan mendorong batas-batas meteorologi terestrial,” kata penulis utama Cheng Li, mantan UCLA 51 Peg b fellow. Berkeley, dan sekarang menjadi asisten profesor di University of Michigan.

eksplorasi dan alat

Imke de Pater, Profesor Emeritus Astronomi dan Ilmu Bumi dan Planet UC Berkeley, telah mempelajari gas raksasa selama lebih dari empat dekade untuk lebih memahami komposisinya dan apa yang membuatnya unik, menggunakan Karl G. Jansky Very Large Array di New Mexico untuk menyelidiki emisi radio dari dalam planet ini. .

Di bidang visual, atmosfer berpita Saturnus tampak bergeser dengan mulus dari satu warna ke warna lain. Tapi terlihat di sini dalam cahaya radio — data VLA dihamparkan pada gambar Cassini dari Saturnus — sifat yang berbeda dari pita-pita itu jelas. Para ilmuwan menggunakan data VLA untuk lebih memahami amonia di atmosfer gas raksasa dan mengetahui bahwa badai raksasa mengangkut amonia dari atmosfer atas ke atmosfer bawah. Kredit: S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF), I. de Pater dkk (UC Berkeley)

“Pada panjang gelombang radio, kami menyelidiki di bawah lapisan awan yang terlihat di planet raksasa. Karena reaksi kimia dan dinamika akan mengubah komposisi atmosfer planet, pengamatan di bawah lapisan awan ini diperlukan untuk membatasi komposisi atmosfer planet yang sebenarnya, yang merupakan kuncinya.” parameter untuk model pembentukan planet.” “Pengamatan radio membantu mengkarakterisasi proses dinamis, fisik, dan kimia termasuk perpindahan panas, pembentukan awan, dan konveksi di atmosfer planet raksasa baik pada skala global maupun lokal.”

Hasil yang mengejutkan

Seperti yang dilaporkan dalam studi baru, mahasiswa pascasarjana UC Berkeley Chris Moeckel, de Pater, menemukan sesuatu yang mengejutkan dalam emisi radio planet: anomali dalam konsentrasi amonia di atmosfer, yang mereka hubungkan dengan peristiwa badai besar sebelumnya di belahan bumi utara. dari planet ini.

Efek pada konsentrasi amonia dan perbedaan atmosfer

Menurut tim, konsentrasi amonia lebih rendah di ketinggian menengah, di bawah lapisan atas awan amonia dan es, tetapi menjadi lebih kaya di ketinggian yang lebih rendah, 100 hingga 200 kilometer lebih dalam ke atmosfer. Mereka percaya bahwa amonia diangkut dari atmosfer atas ke atmosfer bawah melalui proses presipitasi dan penguapan ulang. Apalagi efek ini bisa bertahan selama ratusan tahun.

Membandingkan Saturnus dan Jupiter

Studi lebih lanjut mengungkapkan bahwa meskipun Saturnus dan Jupiter terbuat dari gas hidrogen, kedua raksasa gas ini sangat berbeda. Walaupun Yupiter memiliki anomali troposfer, anomali tersebut terikat oleh wilayahnya (pita putih) dan sabuk (pita gelap) dan tidak disebabkan oleh badai seperti di Saturnus. Perbedaan signifikan antara raksasa gas yang bertetangga menantang pemahaman saat ini tentang pembentukan badai raksasa di raksasa gas dan planet lain. Ini juga dapat memengaruhi bagaimana badai ini ditemukan dan diperiksa di planet ekstrasurya di masa mendatang.

Referensi: “Dampak Jangka Panjang yang Mendalam dari Badai Raksasa Saturnus” Oleh Cheng Li, Emke de Pater, Chris Moeckel, RJ Salt, Brian Butler, David de Boer dan Zhiming Zhang, 11 Agustus 2023, Tersedia di sini. Kemajuan ilmu pengetahuan.
DOI: 10.1126/sciadv.adg9419

National Radio Astronomy Observatory (NRAO) adalah fasilitas dari National Science Foundation, yang dioperasikan berdasarkan perjanjian kerja sama dengan Associated Universities Inc.