При помощи так называемого метода «удачных экспозиций» и телескопа Джемини Север, расположенного на гавайском вулкане Мауна-Кеа, исследователям удалось сделать несколько снимков Юпитера самого высокого разрешения, которого только достигали с Земли. Эти снимки – часть многолетней совместной наблюдательной программы обсерватории с Космическим Телескопом Хаббл по поддержке миссии НАСА Джуно. Снимки Джемини, совмещённые с наблюдениями Хаббла и Джуно, позволили установить, что удары молний и некоторые из крупнейших штормовых систем, которые их вызывают, образуются внутри или рядом с конвективными ячейками над большими облаками из льда и жидкости. Новые наблюдения также подтверждают, что тёмные пятна в знаменитом Большом Красном Пятне на самом деле образованы разрывами в облачном покрове, а не облаками разного цвета.
Читайте детали в переводе пресс-релиза обсерватории от 7 мая 2020.
В течение трёх лет при помощи исследовательских снимков в международной обсерватории Джемини участники программы NOIRLab (Национальной Оптико-Инфракрасной Астрономической Исследовательской Лаборатории) пробовали нырнуть сквозь толщу облаков Юпитера. Ультра-чёткие инфракрасные снимки Джемини, дополненные оптическими и ультрафиолетовыми наблюдениями с Хаббла и радио-наблюдениями с космического аппарата Джуно, открывают новые секреты газового гиганта.
«Данные Джемини оказались критическими, потому что они позволили нам вглядываться вглубь облаков Юпитера на регулярной основе», – сообщает Майкл Вонг из Университета Беркли, возглавлявший исследовательскую команду. «Мы использовали очень мощную технику – метод удачных экспозиций», добавляет он. При этой технике делается большое количество снимков с очень короткой выдержкой и в дальнейшем используются лишь самые чёткие из них, сделанные в краткие периоды спокойствия земной атмосферы. Результатом в данном случае стали наиболее чёткие инфракрасные (4.7 μm – микрометра, длина волны, ред) изображения из всех, которые удавалось сделать с земной поверхности. Вонг утверждает, что «эти фотографии не уступают виду из космоса».
Изображение 1. Вид Юпитера в Джемини через метод удачных экспозиций.
Это изображение, показывающее полный диск Юпитера в инфракрасном свете (4.7 μm — длина волны, пер.), было собрано из девяти отдельных фрагментов, наблюдавшихся международной обсерваторией Джемини в рамках программы NOIRLab 29 мая 2019 года. Из общего набора из 38 изображений, сделанных методом удачных экспозиций во время одного нацеливания (на планету — пер.), команда исследователей отобрала 10% наиболее чётких, комбинируя их в фотографию одной девятой части диска Юпитера. Такие наборы, собранные для каждого из девяти нацеливаний, объединили для получения ясного общего вида планеты. Хотя на создание одного такого изображения у Джемини уходит несколько секунд, на весь набор из 38 снимков могут уйти минуты – достаточно долгое время, чтобы элементы на диске заметно сместились. Чтобы сравнить и скомбинировать все изображения, их вначале соотносили с широтой и долготой на Юпитере, используя ореол или кайму диска в качестве отметки. Как только кусочки мозаики сложились воедино, они сформировали инфракрасные снимки Юпитера высочайшего разрешения.
Ссылка на источник
Инфракрасная фотоматрица телескопа Джемини Север помогает астрономам заглядывать в недра могучих штормов Юпитера, поскольку инфракрасный свет с его большей длиной волны может проникать через лёгкую дымку, но блокируется более густыми облаками в верхних частях атмосферы Юпитера. Это создаёт на фото эффект Хэллоуинской тыквы, когда тёплые, более глубокие слои атмосферы просвечивают сквозь разрывы в более толстом облачном покрове планеты.
Детальные многоволновые снимки Юпитера, сделанные Джемини и Хабблом за последние три года, оказались критически важными для задания контекста исследованиям, проводимым с орбитального аппарата Джуно, а также для понимания паттернов ветров Юпитера, его атмосферных волн и циклонов. Оба телескопа в связке с Джуно наблюдают за атмосферой Юпитера как за системой ветров, газов, тепла и погодных феноменов, предоставляя охват и детализацию, сравнимые с сетью погодных спутников, которые метеорологи используют для наблюдений за Землёй.
Изображение 2. Чёткое и нечёткое изображение, снятое методом удачных экспозиций.
Эти изображения были сделаны 8 апреля 2019 года. Поскольку телескоп ведёт наблюдение сквозь земную атмосферу, любые колебания воздуха, такие как ветер или перепады температуры, искажают и нарушают чёткость изображения (картинка слева). Это существенно ограничивает разрешение, которого может добиться телескоп, при съёмке объекта лишь один раз. Однако при методе удачных экспозиций за одну ночь телескоп делает сотни снимков объекта. Некоторые из них нечёткие, однако многие ясны и чисты от «помех» (картинка справа). В таких изображениях открываются более мелкие и сложные детали Юпитера.
Ссылка на источник
Составление гигантских грозовых карт
При каждом из своих близких проходов над облаками Юпитера, Джуно фиксировал радиосигналы, испускаемые мощными вспышками молний, их называют «атмосферками» (от «атмосферные помехи») и «свистунами» (по свистоподобному тону, который они вызывают в радиоприёмниках). При малейшей возможности Джемини и Хаббл фокусировались на Юпитере и получали карты высокого разрешения для обширных областей планеты, чтобы дополнить наблюдения Джуно.
Инструменты Джуно позволяли определить широту и долготу кластеров атмосферок и свистунов. А с изображениями Джемини и Хаббла на разных длинах волн исследователи, наконец, могли «прощупать» структуру облаков в этих участках. Комбинируя все эти три составляющие, команда исследователей обнаружила, что разряды молний и некоторые из крупнейших штормовых систем их образующих формируются внутри или рядом с большими конвективными ячейками над большими облаками из льда и жидкости.
«Учёные следят за молниями потому, что они являются маркером конвекции — турбулентного вихревого процесса, который перемещает тепло из недр Юпитера вверх, к видимым вершинам облаков», – поясняет Вонг. Самое большое скопление молний, наблюдаемое Джуно, исходило от вихревого шторма, так называемого «нитевидного циклона». Фотографии Джемини и Хаббла демонстрируют детали внутри циклона, показывая его в виде сплетений высоких конвективных облаков с глубокими разрывами, сквозь которые снизу видны проблески облаков водяного пара.
«Нынешние исследования источников молний помогут нам лучше понять отличия и схожесть процессов конвекции на Юпитере и в атмосфере Земли», – комментирует Вонг.
Изображение 3. Иллюстрация структуры облаков.
Эта иллюстрация молнии, конвективных башен (грозовых туч), глубоких водяных облаков и просветов в атмосфере Юпитера, основанная на данных космического аппарата Джуно, телескопа Хаббл и Джемини.
Ссылка на источник
Светящиеся черты Большого Красного Пятна
Обшаривая газовый гигант в поисках разрывов в облачном покрове, Джемини наткнулся на предательский просвет в Большом Красном Пятне, открывающий ясный вид вглубь более тёплых атмосферных слоёв.
«Похожие черты уже раньше замечали в Большом Красном Пятне», – отмечает Гленн Ортон, член команды из JLP, – «однако наблюдения в спектре видимого света не позволяли отличить более тёмный облачный материал от более тонкого покрова над тёплыми недрами Юпитера, так что их природа оставалось загадкой».
При помощи же данных Джемини загадка раскрыта. Там, где фотографии с Хаббла в видимом спектре показывают тёмный полукруг в Большом Красном Пятне, инфракрасные изображения, снятые Джемини, открывают яркую дугу, освещающую участок. Это инфракрасное свечение, вызванное внутренним теплом Юпитера, блокировалось бы более густыми облаками, но оно легко проходит через дымчатую атмосферу Юпитера. «Видя» эти участки как яркие инфракрасные сгустки, Джемини подтверждает, что они являются разрывами в облаках.
«Инфракрасная фотоматрица Джемини Север – это самый эффективный для исследователей США и участникам международного объединения Джемини способ получить детальные карты Юпитера на такой длине волны», – поясняет Вонг. Джемини смог добиться для Юпитера разрешения в 500 км. «При таком разрешении телескоп смог бы из Нью-Йорка различить фары автомобиля, едущего в Майями», – добавляет Эндрю Стивенс, астроном Джемини, руководивший наблюдениями.
«Эти скоординированные исследования в который раз доказывают, что прорыв в астрономии возможен благодаря объединению возможностей телескопов Джемини с дополнительными наземными и космическими установками», – заявляет Мартин Стил, директор астрономической программы в Национальном Научном Учреждении (NSF, National Science Foundation), которое финансирует Джемини в США. «Международное Партнёрство Джемини открывает доступ к комбинации рабочих областей больших телескопов, гибкому графику и большому набору взаимозаменяемых инструментов».
Изображение 4. Сравнение оптико-ультрафиолетовых снимков Хаббла и инфракрасных снимков Джемини.
Эти фотографии Большого Красного Пятна Юпитера сделаны на основе данных, собранных космическим телескопом Хаббл и международной обсерваторией Джемини 1 апреля 2018. Комбинируя результаты наблюдений, сделанных почти одномоментно в разных обсерваториях, астрономы смогли определить, что тёмные участки Пятна образованы разрывами в облаках, а не массами тёмного материала.
Слева вверху (общий вид) и внизу (детальный вид): фото Хаббла солнечного света (видимый спектр), отражающегося от облаков в атмосфере Юпитера и показывающего тёмные участки внутри Большого Красного Пятна.
Справа вверху: термальный инфракрасный снимок той же области, сделанный Джемини, показывает тепловую энергию, испускаемую в виде инфракрасного свечения. Холодные перекрывающие облака выглядят тёмными областями, но через просветы между ними прорывается яркое инфракрасное свечение от более горячих нижних слоёв.
Внизу посередине: ультрафиолетовое изображение с Хаббла демонстрирует солнечный свет, отражаемый дымкой поверх Большого Красного Пятна. Пятно выглядит красным в видимом свете потому, что дымка поглощает длины волн голубого цвета. Данные Хаббла показывают, что дымка поглощает даже более короткие, ультрафиолетовые волны.
Внизу справа: многоволновая композиция данных с Хаббла и Джемини, изображающая видимый свет голубым, а инфракрасное тепловое излучение красным цветом.
