Астрономія
Астрономія

«Юнона» виміряла глибину Великої червоної плями Юпітера

Нарешті вдалося отримати всі параметри найбільшого атмосферного вихору Сонячної системи, що належить Юпітеру. Мікрохвильовий радіометр станції «Юнона» за дванадцять зустрічей з планетою оцінив глибину Великої червоної плями, що простирається планетою на більш як 16 тисяч кілометрів, у 500 кілометрів. Втім, його глибина набагато менша за атмосферні вихори поруч, повідомляють вчені у Science. Також завдяки «Юноні» вдалося побачити, як пояси і зони Юпітера змінюють свій характер з глибиною, подібно земному явищу термоклину. Аналіз поясів і зон планети вчені опублікували у Journal of Geophysical Research: Planets.

Юпітер в інфрачервоному (зліва) і видимому світлі. M.H. Wong and I. de Pater (UC Berkeley) et al. / International Gemini Observatory / NOIRLab / NSF / AURA / NASA / ESA

Юпітер в інфрачервоному (зліва) і видимому світлі. M.H. Wong and I. de Pater (UC Berkeley) et al. / International Gemini Observatory / NOIRLab / NSF / AURA / NASA / ESA

Що ми знаємо про Велику червону пляму?

Велика червона пляма Юпітера відома астрономам вже протягом принаймні двох століть, та поки що залишається найбільшим атмосферним вихором у Сонячній системі. Фактично це великий і тривалий антициклонічний шторм в атмосфері планети, який простягається на 16 тисяч кілометрів. Втім, зараз буря зменшується у розмірах і при цьому розтягується у висоту та змінює забарвлення.

У всіх моделях подібні великі вихори утворюються шляхом злиття з вихорами меншого розміру. Однак, у Юпітера ситуація зовсім інша — планета не має твердої поверхні, яка гальмувала б повітряні течії, а тому вихори можуть зберігатися протягом дуже довгого часу. Більшість сучасних моделей Великої Червоної Плями стверджують, що вона є тонким атмосферним шаром, який перекриває набагато глибший, де атмосфера стійка.

Велика червона пляма Юпітера є однією із цілей наукової програми апарату «Юнона», який зараз працює на орбіті планети. Зокрема, їй доведеться з'ясувати, наскільки глибоко сягає «коріння» цього вихору. Вчені вважають, що пляма зберігає свою форму доти, доки не розпадеться нижче певної глибини, а її широту та напрямок циркуляції обмежують джети, тобто атмосферні струмені навколо.

NASA / JPL / University of Arizona

NASA / JPL / University of Arizona

То куди сягає корінням пляма?

То куди сягає корінням пляма?«Юнона» спускається на висоту близько трьох з половиною тисяч кілометрів над хмарами Юпітера кожні 53 дні, охоплюючи планету від північного до південного полюса за кілька годин. Завдяки даним дванадцяти зближень апарату вдалося з'ясувати, що Велика червона пляма Юпітера дещо глибша, ніж очікувалося раніше — близько 500 кілометрів у глибину. Втім, набагато менша, ніж оточуючі його зональні джети, глибина яких становить близько трьох тисяч кілометрів.

Також, хоча в Юпітера немає твердої поверхні, буря все ще неглибока з погляду співвідношення сторін. Це значення навіть менше, ніж у земних циклонів та антициклонів, яких обмежує земна тропосфера. Тим не менш, вихор має глибоке коріння, сягаючи набагато нижче рівня хмар при 0,7 бар і набагато вище рівня конденсації води (приблизно на 80 кілометрів нижче рівня хмар). І тому дослідникам ще належить з'ясувати, чому біля плями глибина всього в кілька сотень кілометрів, тоді як струмені, що оточують його, які впливають на його форму, простягаються набагато глибше.

Приблизне порівняння розмірів Землі з Великою червоною плямою / NASA

Приблизне порівняння розмірів Землі з Великою червоною плямою / NASA

Як пляму обходять пояси?

Кольорові смуги Юпітера стали визначальною характеристикою планети. У такий спосіб організовані аміачні хмари, яких обмежують сильні зональні атмосферні потоки – джети. Смуги мають різне забарвлення: темніші прийнято називати «поясами», а світліші — «зонами». Зони — це області висхідних потоків, які мають меншу температуру, ніж пояси — області низхідних потоків. Дослідження Юпітера «Юноною» дає можливість вивчити контрасти поясів і зон під верхніми шарами хмар і перевірити гіпотезу, в якій така «смугастість» планети пояснюється подібною до Землі циркуляцією в комірках Ферреля. Втім, циркуляція в атмосфері Юпітера все ж помітно відрізняється від земної. Тому вчених цікавить, чи можуть діапазони температур, вітру, складу та хмар бути лише проявом процесів, що відбуваються в глибоких шарах атмосфери Юпітера? Чи циркуляція, яка спостерігається, є єдиним рухомим рівнем атмосфери, а внутрішня частина стабільна?

Мікрохвильовий радіометр «Юнони» виявив, що пояси та зони справді витримують тиск до сотні бар і більше, але вони змінюють свій характер на рівні, який дослідники назвали «jovicline» – «клин Юпітера». Назва прийшла за аналогією з термоклином в океанах Землі (перехідний шар між теплими водами біля поверхні та холодними водами на глибині) або тахокліном усередині Сонця (перехідний шар між внутрішньою радіаційною зоною та верхньою конвективною зоною). Океанографічні «клини»

Землі є перешкодою для вертикального перемішування повітряних мас, розділяючи циркуляцію дрібних і глибоких шарів. І, здається, юпітерський діє так само, враховуючи, що пояси та зони Юпітера змінюють свій характер залежно від глибини.

Цей рівень збігається з глибинами, на яких, як очікується, утворюються водяні хмари та зберігають стійкий шар. Це перехід від поясів, яскраво освітлених мікрохвильовим випромінюванням, бідних на аміак та фізично теплих, у верхніх шарах, до поясів, збагачених аміаком та фізично холодних у глибших шарах. Вчені вважають, що він впливає на зсув у зональних вітрах Юпітера, вказуючи на вітри, які посилюються з глибиною до цього клину, а потім повільно згасають при вищому тиску.

З моменту прибуття до планети, «Юнона» здійснила 37 проходів повз Юпітер і принесла величезну кількість даних про нього. Вона побачила яскраві спалахи у його атмосфері — спрайти та ельфи приблизно на 300 кілометрів вище за рівень водяних хмар. Також завдяки їй астрономи вперше змогли спостерігати світанкову бурю на Юпітері, та віднайти природу його рентгенівських спалахів. Вона зафіксувала біля Юпітера важкі іони з високою енергією і побачила болід в атмосфері Юпітера, залишений ударним тілом.


Фото в анонсі: Юпітер в інфрачервоному (зліва) і видимому світлі. M.H. Wong and I. de Pater (UC Berkeley) et al. / International Gemini Observatory / NOIRLab / NSF / AURA / NASA / ESA