Юпитер: миссия раскрывает глубину и структуру сжимающегося красного пятна планеты и разноцветных полос

Миссия НАСА «Юнона», роботизированного исследователя Юпитера на солнечной энергии, завершила свою пятилетнюю главную миссию по раскрытию внутреннего устройства самой большой планеты Солнечной системы. С 2016 года космический корабль каждые 53 дня пролетает в пределах нескольких тысяч километров от красочных облачных вершин Юпитера, используя тщательно подобранный набор инструментов, чтобы заглянуть в планету глубже, чем когда-либо прежде.

Фото: https://ria.ru/

Самые последние результаты этих измерений были опубликованы в серии статей, раскрывающих трехмерную структуру погодных систем Юпитера, включая его знаменитое Большое Красное Пятно, многовековой шторм, достаточно большой, чтобы поглотить Землю целиком. До «Юноны» десятилетия наблюдений показали знаменитый полосатый вид атмосферы Юпитера с белыми полосами, известными как зоны, и красно-коричневыми полосами, известными как пояса. Эти полосы разделены мощными ветрами, дующими с востока и запада, известными как реактивные течения, и перемежаются гигантскими вихрями, такими как красное пятно.

Но ученые давно подозревали, что эти погодные условия были всего лишь верхушкой айсберга и что скрытые и непредвиденные явления могли формировать атмосферу глубоко под пеленой облаков. В отличие от Земли, у атмосферы Юпитера нет поверхности, поэтому ее можно рассматривать как бездонную бездну. У Юноны есть три способа заглянуть под водоворот этих облачных верхних слоев. Она может измерять крошечные изменения гравитации Юпитера, чтобы определить распределение массы вплоть до нечеткого ядра. Она может измерять магнитное поле Юпитера для определения потоков внутри глубоких намагниченных слоев жидкости. И она может использовать микроволновый свет, чтобы смотреть сквозь облака.

Большое красное пятно

Большое красное пятно Юпитера в последние годы переживает тяжелые времена. В течение десятилетий оно неуклонно сокращалось в направлении с востока на запад, и недавние встречи с более мелкими вихрями привели к тому, что из самого пятна вытягивались огромные хлопья красноватого вещества. Эти отслаивающиеся явления, хотя и доставляют беспокойство поклонникам самого известного шторма в Солнечной системе, на самом деле кажутся поверхностными, затрагивая только красноватую дымку, которая находится на вершине вихря.

Но поклонники шторма могут утешиться последними открытиями Юноны. В 2017 году Юнона смогла наблюдать красное пятно в микроволновом свете. А в 2019 году, когда Юнона летела более чем 200000 километров выше вихря, были обнаружены крошечные изменения размером всего 0,01 миллиметра в секунду, вызванные гравитационной силой, исходящей от массивного пятна. Моделируя эти микроволновые и гравитационные данные, исследователи смогли определить, что глубина знаменитого шторма составляет не менее 300 км, а может и 500 км. Это глубже, чем ожидаемый «погодный слой», образующий облака, который достигает примерно 65 км ниже поверхности, но выше, чем струйные потоки, которые могут простираться до 3000 км. Чем глубже корни, тем больше вероятность того, что красное пятно сохранится в ближайшие годы, несмотря на поверхностные удары, которые оно получило от проходящих штормов.

Фото: https://ria.ru/

Чтобы увидеть глубину в перспективе, Международная космическая станция вращается на высоте ~ 420 км над поверхностью Земли. Тем не менее, несмотря на эти новые открытия, пятно все еще могло быть «блинной» структурой, плавающей в бездонной атмосфере, а ширина пятна в 12000 км была в 40 раз больше, чем его глубина.

Тайна поясов и зон

В слое погоды, формирующем облака, микроволновые антенны Juno видели ожидаемую структуру поясов и зон. Холодные зоны выглядели темными, что указывало на присутствие газообразного аммиака, поглощающего микроволновый свет. И наоборот, полосы были яркими в микроволновом свете, что соответствовало недостатку аммиака. Эти яркие и темные полосы в слое погоды идеально совпадали с ветром выше, измеренным в верхней части облаков. Но что происходит, когда мы исследуем глубже?

Температура атмосферы Юпитера как раз подходит для образования водяного облака примерно в 65 км ниже вершины облаков. Когда Юнона вгляделась в этот слой, она обнаружила нечто неожиданное. Полосы стали темными для микроволнового света, а зоны – яркими. Это полная противоположность тому, что было видно в более мелких облачных областях, и этот переходный слой был назван «jovicline» – примерно на 45-80 км ниже видимых облаков.

«Клин» – это слой внутри жидкости, свойства которого резко меняются. Океаны Земли имеют термоклин, отделяющий смешанные поверхностные воды от холодной и глубоководной воды внизу. Это не новая идея – легендарный писатель-фантаст Артур Кларк в своем рассказе 1971 года «Встреча с Медузой» предусмотрел путешествие на воздушном шаре Кон-Тики в атмосферу Юпитера. Он описывает воздушный шар, спускающийся к термоклину Юпитера и связанному с ним банку облаков. Джовиклина может отделять мелкий слой погоды, формирующий облака, от глубокой пропасти внизу. Этот неожиданный результат подразумевает, что что-то перемещает весь этот аммиак.

Фото: https://thealphacentauri.net/

Конвейерная лента?

Одна из возможностей состоит в том, что каждый струйный поток связан с «циркуляционной ячейкой» – климатическим явлением, которое перемещает газы через восходящие и падающие потоки воздуха. Подъем может вызвать обогащение аммиака, а уменьшение его запасов – истощение. Если это правда, то в каждом полушарии будет около восьми таких циркуляционных ячеек. На Земле наблюдаются похожие явления – ячейка Хэдли, названная в честь английского физика и метеоролога Джорджа Хэдли, в тропиках, и ячейки Феррела, названные в честь американского метеоролога Уильяма Феррела, в средних широтах влияют на погоду и климат Земли.

Другие метеорологические явления могут быть ответственны за перемещение аммиака в этой глубокой атмосфере. Например, сильные штормы в поясах Юпитера могут создавать мягкие водно-аммиачные градины (известные как «грибные шары»), которые истощают аммиак в мелких поясах перед тем, как упасть глубоко, в конечном итоге испаряясь, обогащая пояса на больших глубинах.

Ясно то, что Juno открыла новое окно в темную глубокую атмосферу, и что результаты бросают вызов нашему пониманию этой гигантской планеты. Пока Juno приступает к своей расширенной миссии, ученые будут работать над осмыслением этих новых открытий.