Ο κεραυνός του Δία μπορεί να είναι 100 φορές πιο ισχυρός από τον κεραυνό της Γης

Χρησιμοποιώντας δεδομένα από το διαστημόπλοιο Juno της NASA, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ διαπίστωσαν ότι ορισμένες από τις κεραυνές του Δία μπορεί να είναι 100 φορές ισχυρότερες και πιθανώς πιο έντονες από τους κεραυνούς στη Γη.

Το Juno’s Microwave Radiometer, ένα όργανο που μελετά την ατμόσφαιρα του Δία από τότε που το διαστημόπλοιο μπήκε σε τροχιά γύρω από τον γιγάντιο πλανήτη το 2016. Αυτό το όργανο μπορεί να ανιχνεύσει ραδιοεκπομπές που παράγονται από κεραυνούς, καθώς και ραδιοπαρεμβολές που προκαλούνται από καταιγίδες στη Γη. Τα μικροκύματα καταλαμβάνουν το άκρο υψηλής συχνότητας του ραδιοφάσματος.

Η έρευνα δημοσιεύεται στο περιοδικό Προώθηση AGU.

Γιατί οι καταιγίδες του Δία είναι τόσο ακραίες;

Ο επικεφαλής συγγραφέας Michael Wang, πλανητικός επιστήμονας στο Εργαστήριο Διαστημικών Επιστημών του UC Berkeley, είπε ότι η μελέτη των καταιγίδων σε άλλους πλανήτες θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα το κλίμα της Γης.

«Υπάρχουν πολλά που δεν γνωρίζουμε για τους κεραυνούς στη Γη», είπε ο Wong.

Τα τελευταία χρόνια, οι ερευνητές έχουν εντοπίσει αρκετά ασυνήθιστα ηλεκτρικά φαινόμενα που σχετίζονται με καταιγίδες στη Γη. Αυτά τα “παροδικά φωτεινά συμβάντα” (TLEs) συμβαίνουν πάνω από καταιγίδες και περιλαμβάνουν sprites, πίδακες, φωτοστέφανα και ELVE.

Στον Δία, ο κεραυνός παρέχει μια εικόνα για τη μεταφορά, τη διαδικασία που μετακινεί τη θερμότητα στην ατμόσφαιρα.

«Η μεταφορά λειτουργεί λίγο διαφορετικά στη Γη και στον Δία, επειδή ο Δίας έχει μια ατμόσφαιρα που κυριαρχείται από υδρογόνο, επομένως ο υγρός αέρας είναι βαρύτερος και πιο δύσκολος να ανέβει», εξήγησε ο Wang.

Η ατμόσφαιρα της γης είναι κυρίως άζωτο, το οποίο είναι βαρύτερο από τους υδρατμούς. Αυτό σημαίνει ότι ο υγρός αέρας στη Γη ανεβαίνει πιο εύκολα. Στον Δία, ωστόσο, ο υγρός αέρας είναι βαρύτερος, επομένως οι καταιγίδες απαιτούν πολύ περισσότερη ενέργεια για να ανέβουν στην ατμόσφαιρα. Μόλις το κάνουν, μπορούν να απελευθερώσουν μεγάλες ποσότητες ενέργειας, παράγοντας ισχυρούς ανέμους και αστραπές σύννεφων από ισχυρά σύννεφα.

Το διαστημόπλοιο Juno της NASA μετρά τον κεραυνό του Δία

Σχεδόν κάθε διαστημόπλοιο που έχει επισκεφτεί τον Δία έχει ανιχνεύσει κεραυνούς. Οι φωτεινές λάμψεις ξεχωρίζουν ξεκάθαρα στη σκοτεινή πλευρά του πλανήτη, καθιστώντας τους σχετικά εύκολο να εντοπιστούν.

Προηγούμενες αποστολές είχαν προτείνει ότι οι κεραυνοί του Δία ήταν εξαιρετικά ισχυροί επειδή μπορούσαν να ανιχνεύσουν μόνο φωτεινές λάμψεις. Αλλά το Juno αργότερα περιέπλεξε αυτή την εικόνα όταν η εξαιρετικά ευαίσθητη κάμερα παρακολούθησης των αστεριών του αποκάλυψε ότι λάμψεις πολύ πιο αμυδρά από τους κεραυνούς στη Γη.

Σύμφωνα με τον Wong, μια πρόκληση με τις παρατηρήσεις ορατού φωτός είναι ότι τα σύννεφα μπορούν να κρύψουν κάποιες λάμψεις, καθιστώντας δύσκολο τον προσδιορισμό της πραγματικής φωτεινότητάς τους.

Το ραδιόμετρο μικροκυμάτων της Juno προσφέρει έναν καλύτερο τρόπο εκτίμησης της ισχύος του κεραυνού, επειδή τα σήματα μικροκυμάτων μπορούν να περάσουν μέσα από τα σύννεφα. Αν και το όργανο δεν σχεδιάστηκε ειδικά για τη μελέτη των κεραυνών, μπορεί να ανιχνεύσει τις εκπομπές μικροκυμάτων από κοντινές καταιγίδες.

Ωστόσο, η ατμόσφαιρα του Δία παρουσίαζε μια άλλη πρόκληση. Οι καταιγίδες συχνά ξεσπούν ταυτόχρονα σε όλη τη γιγάντια ζώνη νεφών που περιβάλλει τον πλανήτη, καθιστώντας δύσκολο τον προσδιορισμό της καταιγίδας που παρήγαγε κάθε σήμα.

Ο Wong παρομοιάζει το πρόβλημα με την ακρόαση θορύβων σε μια παρέλαση για την κινεζική Πρωτοχρονιά, χωρίς να γνωρίζει αν σκάει ποπ κορν κοντά ή πυροτεχνήματα από μακριά.

Υπερκαταιγίδες «Stealth» στον Δία

Οι επιστήμονες τελικά έκαναν ένα διάλειμμα το 2021 και το 2022 όταν η δραστηριότητα της καταιγίδας υποχώρησε προσωρινά στη βόρεια ισημερινή ζώνη του Δία. Αυτό επέτρεψε στον Wang και την ομάδα του να επικεντρωθούν σε μεμονωμένες καταιγίδες κάθε φορά.

Χρησιμοποιώντας παρατηρήσεις από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, τις ενσωματωμένες κάμερες του Juno και ακόμη και εικόνες που τραβήχτηκαν από ερασιτέχνες αστρονόμους, η ομάδα εντόπισε με ακρίβεια τη θέση αρκετών ασυνήθιστων καταιγίδων γνωστών ως υπερκαταιγίδων «stealth».

Όπως οι μεγαλύτερες υπερκαταιγίδες του Δία, αυτά τα συστήματα διαρκούν για μήνες και αλλάζουν δραματικά τα μοτίβα των γύρω νεφών. Ωστόσο, οι πύργοι σύννεφων τους είχαν σχετικά μέτριο ύψος.

“Επειδή είχαμε μια ακριβή τοποθεσία, θα μπορούσαμε απλώς να πούμε, “Εντάξει, ξέρουμε πού είναι. Μετράμε την ενέργεια απευθείας”, είπε ο Wong.

Κατά τη διάρκεια αυτής της ήρεμης περιόδου, ο Juno έκανε 12 περάσματα πάνω από μεμονωμένες καταιγίδες. Σε τέσσερις υπερπτήσεις, το διαστημόπλοιο πλησίασε αρκετά για να μετρήσει τα σήματα μικροκυμάτων από κεραυνούς.

Οι επιστήμονες κατέγραψαν κατά μέσο όρο τρεις αστραπές ανά δευτερόλεπτο κατά τη διάρκεια αυτού του περάσματος. Σε μία μόνο συνάντηση, ο Juno ανίχνευσε 206 ξεχωριστούς παλμούς μικροκυμάτων.

Από τους 613 παλμούς που μετρήθηκαν, η ομάδα υπολόγισε ότι ο κεραυνός ήταν περισσότερο από 100 φορές ισχυρότερος από τους κεραυνούς της Γης.

Ο Wong σημείωσε ότι εξακολουθούν να υπάρχουν αβεβαιότητες στη σύγκριση επειδή οι κεραυνοί στον Δία και τη Γη μετρήθηκαν σε διαφορετικά μήκη κύματος ραδιοφώνου. Μια προηγούμενη μελέτη έδειξε μάλιστα ότι ο κεραυνός του Δία θα μπορούσε να είναι ένα εκατομμύριο φορές πιο ισχυρός από τον κεραυνό της Γης.

Πόσο δυνατός είναι ο κεραυνός του Δία;

Ο προσδιορισμός της συνολικής ισχύος ενός κεραυνού είναι περίπλοκος, είπε η συν-συγγραφέας Ivana Kolmasova, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Καρόλου στην Πράγα της Τσεχίας και μέλος της Τσεχικής Ακαδημίας Επιστημών.

Ο κεραυνός απελευθερώνει ενέργεια σε πολλαπλές μορφές, συμπεριλαμβανομένων των ραδιοκυμάτων, του φωτός, της θερμότητας, του ήχου και των χημικών αντιδράσεων.

Στη Γη, ένας τυπικός κεραυνός απελευθερώνει περίπου 1 gigajoule ενέργειας ή ένα δισεκατομμύριο joules. Αυτό είναι αρκετό ρεύμα για να τροφοδοτήσει περίπου 200 σπίτια για μια ώρα.

Ο Wong εκτιμά ότι ο κεραυνός στον Δία μπορεί να απελευθερώσει από 500 έως 10.000 φορές περισσότερη ενέργεια από τον κεραυνό στη Γη.

Το μυστήριο πίσω από τον κεραυνό του Δία

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι οι κεραυνοί του Δία είναι παρόμοιοι με τις καταιγίδες της Γης. Οι αυξανόμενοι υδρατμοί συμπυκνώνονται σε σταγονίδια και κρυστάλλους πάγου που φορτίζονται ηλεκτρικά, δημιουργώντας τελικά μεγάλες διαφορές τάσης μέσα στο σύννεφο ή μεταξύ του νέφους και του εδάφους.

Στη Γη, οι καταιγίδες συνήθως συνδέονται με χαλάζι. Στον Δία, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι οι καταιγίδες μπορούν να δημιουργήσουν παγωμένα αντικείμενα που μοιάζουν με λάσπη που ονομάζονται «mashballs», όταν το νερό και η αμμωνία συνδυάζονται.

Ακόμη και με τη νέα ανακάλυψη, οι ερευνητές εξακολουθούν να μην καταλαβαίνουν πλήρως γιατί ο κεραυνός του Δία μπορεί να είναι τόσο ισχυρός.

“Αυτό είναι όπου οι λεπτομέρειες αρχίζουν να γίνονται συναρπαστικές, όπου μπορείτε να ρωτήσετε: “Μήπως η κύρια διαφορά είναι η ατμόσφαιρα υδρογόνου έναντι αζώτου ή μπορεί να είναι ότι οι καταιγίδες στον Δία είναι μεγαλύτερες και επομένως περιλαμβάνουν μεγαλύτερες αποστάσεις;” είπε ο Wong.

Οι καταιγίδες στον Δία μπορούν να φτάσουν σε ύψη άνω των 100 km, σε σύγκριση με περίπου 10 km για τις καταιγίδες στη Γη.

“Ή μήπως η μεγαλύτερη ενέργεια είναι διαθέσιμη επειδή με υγρή μεταφορά στον Δία, χρειάζεστε μεγαλύτερη συσσώρευση θερμότητας πριν σχηματιστούν οι καταιγίδες για να παράγουν κεραυνούς;” πρόσθεσε. “Αυτός είναι ένας ενεργός τομέας έρευνας.”

Οι συν-συγγραφείς του Wang ήταν ο μεταδιδακτορικός συνεργάτης του Berkeley Ramankumar Shankar, μαζί με ερευνητές από τις Ηνωμένες Πολιτείες, την Τσεχική Δημοκρατία και την Ιαπωνία. Η έρευνα υποστηρίχθηκε από τη NASA (80NSSC19K1265, 80NSSC25K0362).