A földiekhez hasonló villámok

A NASA Juno űrszondájának adatai alapján megállapították, hogy a Jupiteren a villámok létrejötte és lefolyása hasonló ahhoz, ahogyan ez a Földön történik.

A Jupiter villámai a földi villámokéhoz hasonló gyakorisággal jönnek létre, létezésüket több mint 40 évvel ezelőtt a NASA Voyager–1 űrszondája fedezte fel. Akkoriban a szonda jellegzetes, de gyenge rádiójeleket, úgynevezett whistlereket detektált, amelyek a villámlások nyomán jönnek létre. Abban az időben a Földön kívül a Jupiter volt az egyetlen bolygó, amelynek légkörében villámlásokat észleltek, a jelenség mibenléte és kialakulása azonban évtizedeken át fejtörést okozott a kutatóknak.

Legújabban a NASA 2016 óta a Jupiter körül keringő Juno szondájának öt évi mérési adatainak elemzésével a kutatók megállapították, hogy a jupiteri villámok a földiekhez hasonlóan „lépésről lépésre” alakulnak ki. Bár a két bolygó méretét és felépítését tekintve szöges ellentéte egymásnak, a villámlásokat eredményező légköri elektromos folyamatok mégis hasonlók.

A NASA Juno szondájának JunoCam kamerájának felvételei alapján készített fantáziarajz a Jupiter villámairól. A Juno mérései szerint az óriásbolygó északi félgömbjén sokkal gyakoribb a villámlás, mint a délin, a pólusok vidékén pedig gyakoribb, mint a bolygó egyenlítője térségében. (Kép: NASA / JPL-Caltech / SwRI / JunoCam)

A Földön a villámok a turbulens légkörben keletkeznek, amikor a felfelé áramló levegő vízcseppeket sodor magával, amelyek megfagynak. A jégszemcséket viszont a lefelé áramló levegő lesodorja a felhő aljáig. A lefelé hulló jégszemek találkoznak a felfelé áramló vízcseppekkel, a jeget alkotó vízmolekulákról elektronok szakadnak le, így végeredményben a felhő alján negatív, tetején pozitív töltések halmozódnak fel, amelyeket a szigetelő felhőtömeg választ el egymástól. A felhalmozódó töltések potenciálkülönbséget hoznak létre, ami a felhő belsejében, illetve a felhő és a földfelszín közötti elektromos kisülések, azaz a villámok formájában egyenlítődik ki. A korábbi kutatások kimutatták, hogy hasonló folyamatok játszódnak le a Jupiter légkörében is.

Bár a Földön messziről nézve a villám hosszú és cikkcakkos, de összefüggő fényjelenségnek látszik, valójában minden egyes elektromos szikra egymástól független lépésekből tevődik össze. Minden egyes lépés során különálló rádiójelek sugárzódnak ki, amelyeket elemezve tudnak a kutatók következtetni arra, mi játszódik le a zivatarfelhők belsejében. A Cseh Tudományos Akadémia prágai Légkörfizikai Intézetének kutatói Ivana Kolma¹ová vezetésével arra voltak kíváncsiak, hogy a Jupiter villámaiban is kimutatható-e a hasonló, lépésenkénti kialakulás és terjedés.

A kérdés azért merülhetett fel, mert a NASA korábbi, a Jupitert vizsgáló szondái – a Voyager–1 és –2, a Galileo és a Cassini – műszerei nem voltak elég érzékenyek ahhoz, hogy a villámokból eredő rádiósugárzás ilyen finom részleteit vizsgálni lehessen. A Juno fedélzetén működő Waves műszer azonban tízszer annyi rádióemissziót detektált, mint a korábbi szondák együttvéve. Az egymást mindössze egy ezredmásodperccel követő rádiójeleket is meg tudták egymástól különböztetni, miáltal sikerült igazolni, hogy a Jupiter villámai a földiekhez hasonlóan szintén lépésenként terjednek. A Jupiteren a villámok egy-egy lépése sok száz méter, vagy akár néhány kilométer távolságot is átfog.

Sok kérdés azonban megválaszolatlan maradt. Jóllehet a Földön és a Jupiteren hasonló fizikai folyamatok vezetnek a villámok létrejöttéhez, ám a jelenség kialakulásának helye szembetűnően eltérő a két égitesten. A Jupiteren a villámok legnagyobb része a közepes földrajzi szélességeken és a poláris vidékeken alakul ki, az egyenlítő vidékén viszont szinte egyáltalán nincsenek villámok. Ezzel szemben a Földön a villámok döntő többsége a trópusi területeken alakul ki, a sarkvidékeken pedig egyáltalán nem tapasztalunk villámtevékenységet. Kolma¹ová és munkatársai szerint az eltérés oka valószínűleg a villámok kialakulását eredményező fizikai folyamatok különbözőségében rejlik.

További érdekesség a jupiteri villámok aszimmetriája: a bolygó északi félgömbjén sokkal gyakoribbak a villámok, mint a déli félgömbön. Az eltérés oka ismeretlen. Azt sem sikerült kideríteni, miért nem sikerült eddig még soha villámokat megfigyelni a nagy vörös folt területén. A kutatás eredményeiről beszámoló tudományos dolgozat a Nature Communications hasábjain jelent meg.

A Juno szonda 2020. június 2-i közelrepülése során készült felvételsorozat. A szonda mintegy 3400 km magasságban repült el a felhőtakaró teteje fölött. (Képadatok: NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS, képfeldolgozás: Kevin M. Gill © CC BY, zene: Vangelis)

Kapcsolódó cikkek:
A Juno újabb eredményei
Bolida a Jupiteren
A Juno jövője
Viharos felfedezések a Juno szondától

Kapcsolódó linkek:
A Jupiter villámai (Space.com)