Загадочные волны Юпитера

Фотографии атмосферы Юпитера показывают необычные закономерности в струйных течениях вокруг планеты, волны которых соответствует аналогичному явлению на Земле.

Когда в 2000 году космический аппарат Кассини (Cassini) американского космического агентства НАСА достиг на пути к системе Сатурна планеты-гиганта Юпитера, его бортовые камеры сделали серии снимков. На них видны полосы облаков и воздушные потоки в атмосфере Юпитера, окрашенные в разные цвета. Это так называемые лучевые потоки (струйные течения), которые проносятся на большой высоте вокруг всей планеты. Такие струйные течения есть и на Земле. Это узкие полосы сильных ветров, которые перемещаются вокруг нашей планеты на высоте от 10 до 15 км, то есть в верхних слоях тропосферы до вхождения в стратосферу. Они возникают из-за выравнивающего движения воздуха между регионами с различными температурами.

При первом анализе фотографий Кассини струйным течениям уделялось мало внимания, поэтому исследователей заинтересовали такие системы ветров, как «Южно-экваториальные помехи» — впервые наблюдавшаяся в 1999 году буря, которая произошла к югу от экватора Юпитера — а также «Большое Красное пятно» — овальный циклон длиной 24 000 км и шириной 12 000 км. Речь идет о самой большой из известных в Солнечной системе штормовых областей, длина которой равна двум радиусам Земли. Полыхающее красным пятно наблюдал английский натуралист Роберт Гук (Robert Hooke) ещё в 1664 году. Это означает, что вихрь активен уже более трёх столетий.

НАСА Goddard Space Flight Center

Команду исследователей, возглавляемую астрофизиком Эми Симон-Миллером, руководительницей лаборатории планетных систем НАСА Goddard Space Flight Center в Гринбелте (Greenbelt), штат Мэриленд США, при анализе старых записей Кассини и фотографий атмосферы Юпитера, сделанных с космического зонда Voyager НАСА, а также предоставленных астрономами-любителями, ждал большой сюрприз. На снимке одного из струйных потоков появились невидимые волны, создающие своеобразный узор. «Впервые было замечено непосредственное движение волн в струйных потоках Юпитера, — констатирует Саймон-Миллер. — Сравнивая то, что происходит в таком отличающемся от нашего мире, как Юпитер, с подобными явлениями в атмосфере Земли, мы можем многое узнать об обеих планетах».

На Земле струйные течения, возникающие из-за вращения Земли с запада на восток, чаще всего встречаются в северных и южных полярных регионах. Однако движутся они не прямыми путями, а начинают блуждать под воздействием различных изменений и влияют на погоду Земли, направляя арктический холодный воздух далеко в средние широты и вызывая в Северной Америке и Европе волны холода.

Волновые движения струйных течений порождаются в атмосфере Земли так называемыми волнами Россби (Rossby), которые движутся очень медленно. Они возникают, если лучевые потоки наталкиваются на преграды, такие как горные хребты. В северном полушарии высоких гор больше, чем в южном, поэтому волны Россби там значительно более выражены. В северном полушарии планеты-гиганта более 20 лет назад были также замечены волны Россби. Тем не менее, за ними специально не наблюдали, а в южном полушарии, к удивлению планетологов, не было обнаружено никаких доказательств существования этих явлений. Поэтому учёные и начали работу с пересмотра и оценки старых записей.
В частности, они проанализировали струйное течение в Южном полушарии. При этом они нашли на его краю тонкую, темную полосу со структурами V-образной формы (по-английски chevrons — шевроны), передвигавшиеся ветром в восточном направлении. Однако позже восстанавливался первоначальный порядок. Был создан образец волн, причем каждый из зубцов двигался вверх и вниз, так как шевроны в быстрых струйных течениях приходят во взаимодействие с медленно мигрирующими волнами Россби. В то же время, стало ясно, что и струйные потоки Юпитера могут отклоняться от курса.

Как показали теоретические расчеты, полосы с зубцами в воздушной оболочке Юпитера связаны со вторым типом атмосферных волн: «гравитационными инерционными волнами». Они возникают в результате взаимодействия нескольких сил, таких, как колебания гравитации, вращение и давление воздуха. Такие волны существуют также на Земле и заметны, например, в повторяющихся формах облаков.

Однако на Юпитере — газовой планете — нет твердой поверхности и гор, которые могли бы вызывать турбулентность и волны Россби. Причиной появления блуждающих зубцов, полагают исследователи, могут быть крупномасштабные динамические эффекты, такие как Южно-экваториальное помехи или Большое Красное пятно. Более ранние исследования считают источником их появления разницу температур между полюсами и экватором.

К тому же, лучевые потоки проникают в атмосферу Юпитера гораздо глубже, чем предполагалось: более чем на 100 километров ниже видимой облачности и даже в регионы, где нет солнечного света. Астрономы обнаружили это в 2007 году при наблюдении двух очень сильные бурь, которые внезапно появились в середине закрученного облака, в том месте, где один из потоков достиг максимальной скорости почти 600 километров в час. Быстро восходящие вихри шторма сорвали в воздух смесь воды и аммиака. Это подтверждает теорию, согласно которой, движущейся силой ветров является внутренняя энергия планеты.

Газовые гиганты, такие как Юпитер, имеют очень большую силу тяжести. Это приводит к стягиванию газовой оболочки планеты. Из-за этого сжатия там растёт давление, причем часть освобожденной этим процессом энергии превращает в тепло, которое медленно излучается в космическое пространство. Поэтому планета постоянно сокращается. Юпитер получает от преобразования гравитационной энергии в тепло больше энергии, чем от Солнца.

Несмотря на все полученные сведения, Юпитер таит еще много загадок, а аналогии и отличия Земли и Юпитера помогают нам понять поведение атмосферы планет.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Прокрутить наверх