Астрономія
Астрономія

Астрономи вперше напряму зафіксували сильні вітри у стратосфері Юпітера

За допомогою великого міліметрового радіотелескопа Атаками (ALMA) дослідники вперше зафіксували екваторіальні зональні джети та вітри над полярними регіонами у стратосфері Юпітера. У своїй статті в журналі Astronomy & Astrophysics автори описують швидкість, напрямок та інші характеристики таких вітрів.

Художнє зображення стратосферних вітрів над південним полюсом Юпітера (сині лінії), нанесене на реальну світлину планети, зроблену «Юноною». ESO/L. Calçada & NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

Художнє зображення стратосферних вітрів над південним полюсом Юпітера (сині лінії), нанесене на реальну світлину планети, зроблену «Юноною». ESO/L. Calçada & NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

Якими є вітри у різних шарах атмосфери Юпітера?

Тропосферна зональна система вітрів Юпітера спостерігається протягом десятиліть. Астрономи фіксували у ній чергування джетів, що рухаються у напрямку обертання планети і проти нього, на кордонах між зонами та поясами. Подібна структура, хоча і з меншою кількістю струменів, також спостерігалася у тропосфері Сатурна. Механізм цих вітрів та їхній вертикальний розподіл широко вивчався. Нещодавні вимірювання гравітаційного поля за допомогою «Юнони» та «Кассіні» продемонстрували, що вони поширюються на глибину в декілька тисяч кілометрів під поверхнею хмар і живляться внутрішнім тепловим потоком. Над тропопаузою, у стратосфері, немає індикаторів цих вітрів, щоб можна було зробити висновки про їхні властивості. Зональний характер стратосферного вітру був встановлений лише опосередковано за допомогою досліджень теплового балансу. Однак це лише наближення, яке, крім того, не може описати стратосферні вітри над на екватором.

Яке дослідження провели астрономи?

Дослідники використали дуже високу роздільну здатність великого міліметрового радіотелескопа Атаками (ALMA), щоб дослідити стратосферу Юпітера. Вони змогли обчислити швидкість вітру в залежності від широти, аналізуючи доплерівські зсуви у спектральних лініях молекул стратосфери, що викликаються цими вітрами. Проте на Юпітері складно вимірювати доплерівські зсуви, спричинені вітрами із швидкістю 100 метрів на секунду або менше через швидке обертання планети, яке сягає 12,5 кілометрів на секунду біля екватора. Щоб подолати цю проблему, вчені використали сильні спектральні лінії синильної кислоти та монооксиду вуглецю, які опинилися у стратосфері після падіння на Юпітер комети Шумейкерів — Леві 9 у 1994 році та на момент спостережень були рівномірно розподілені за широтою.

Що показали результати?

Астрономи вперше виявили екваторіальні зональні струмені, які знаходяться на рівні тиску в 1 мілібар, тобто вище рівня, де відбуваються так звані квазіквадричні коливання (quasiquadrennial oscillation, QQO). Це область над екватором Юпітера, яка нагрівається і охолоджується протягом чотирирічного циклу. Зональні струмені досягають швидкості 165 метрів на секунду. Крім того, астрономи зафіксували вітри зі швидкістю 300-400 метрів на секунду на рівні тиску 0,1 мілібар над полярними областями, під головними авроральними овалами (витягнутими областями на обох полюсах планети, де спостерігаються полярні сяйва). Ці вітри обертаються у протилежному напрямку і лежать на кілька сотень кілометрів нижче іоносферних полярних вітрів. Вчені вважають, що вони представляють собою нижню частину іоносферних полярних вітрів.

Ультрафіолетове полярне сяйво Юпітера та стратосферні вітри, зафіксовані за допомогою синильної кислоти. T. Cavalié et al.

Ультрафіолетове полярне сяйво Юпітера та стратосферні вітри, зафіксовані за допомогою синильної кислоти. T. Cavalié et al.

За допомогою апарата «Юнона» астрономи проаналізували багато особливостей у густій атмосфері Юпітера. Так, нещодавно вчені вперше змогли детально дослідити особливий тип полярного сяйва на цьому газовому гіганті, зафіксували яскраві спалахи та побачили болід у його газовій оболонці.