Ученые: атмосфера над Великим красным пятном Юпитера существенно горячее

Верхние слои атмосферы над знаменитым красным пятном Юпитера — гигантским штормом, продолжающимся вот уже несколько столетий, — гораздо теплее, чем где-либо еще на этом газовом гиганте. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, подводит ученых к предположению, что ответственность за более высокую температуру в верхнем слое атмосферы Юпитера лежит на движениях гигантского шторма, который бушует в нижнем слое атмосферы планеты. Другими словами, это означает, что два слоя атмосферы планеты взаимосвязаны и могут влиять друг на друга.


Великое красное пятно, как его называют, является одной из наиболее узнаваемых особенностей Юпитера. Как отмечают в аэрокосмическом агентстве NASA, этот гигантский ураган занимает площадь в несколько тысяч километров над поверхностью планеты и может похвастаться ветрами, которые дуют со скоростью до 650 километров в час. За Великим красным пятном наблюдают еще с конца 1800-х годов. Астрономы все это время пытаются понять, как же образовался этот шторм и какая атмосфера находится вокруг него.

В наше же время ученые, используя данные, полученные с помощью инфракрасного телескопа NASA на Гавайях (NASA Infrared Telescope Facility), обнаружили, что атмосфера этого региона примерно на 1600 градусов Кельвина (или приблизительно 1300 градусов Цельсия) горячее средней температуры верхнего слоя атмосферы над остальной поверхностью Юпитера, которая составляет около 626 градусов Цельсия. Объясняется это тем, что турбулентные потоки этого гигантского шторма создают акустические волны, направленные от планеты, которые впоследствии сотрясают (и тем самым разогревают) атомы в верхней атмосфере, создавая такие значительные разности в температурах.

Это открытие предполагает, что нижний слой и верхний слой атмосферы Юпитера взаимосвязаны и способны влиять друг на друга. Этот факт весьма удивителен, если учесть, что верхний слой атмосферы планеты примерно на 800 километров шире нижнего слоя.

«Мы не думали, что два этих региона могут быть взаимосвязаны каким-то особым образом, но, оказывается, это не так», — говорит ведущий исследователь Джеймс О’Донохью, специалист по исследованию планет Бостонского университета.

Эта взаимосвязь также способна помочь объяснить загадку «энергетического кризиса» планет, которая терзала планетологов многие годы. Заключается она в том, что верхние слои атмосферы Юпитера, да и вообще всех газовых гигантов нашей Солнечной системы, гораздо горячее, чем должны быть. Компьютерные модели показывают, что с учетом того, насколько далеко от Солнца находится планета, температура верхнего слоя атмосферы Юпитера на самом деле должна составлять около 300 градусов Кельвина (27 градусов Цельсия). Однако прямые наблюдения показывают, что ее верхняя атмосфера гораздо горячее этого показателя. Ученые были не до конца уверены в том, как объяснить это температурное несоответствие, однако новое исследование натолкнуло специалистов на вывод о том, что избыточное тепло идет от потоков, которые находятся в нижней атмосфере.

Ранее считалось, что северные сияния на полюсах Юпитера могут распространяться глубже в атмосферу и тем самым нагревать остальные ее участки. Однако, как отмечает О’Донохью, компьютерные модели показали, что это маловероятно. Благодаря сверхбыстрым ветрам, двигающимся с востока на запад по экватору Юпитера, сияния чаще всего остаются исключительно на полюсах планеты. Было предложено и другое объяснение, связанное с акустическими особенностями штормов. Однако никаких прямых доказательств этому обнаружено не было. Новое же исследование температур над Великим красным пятном Юпитера намекнуло ученым о том, как же этот процесс происходит на самом деле.



Иллюстрация того, как Великое красное пятно посылает волны в верхний слой атмосферы планеты

«Хорошей аналогией является то, как мы размешиваем ложкой чашку кофе», — говорит О’Донохью.

«Если вращать ложку по часовой стрелке, а затем резко начать вращать ее против часовой стрелки, то на поверхности кофе образуется много волн и брызг. И размешивая кофе таким образом, вы на самом деле его нагреваете. Более того, в рамках этого размешивания образуются некоторые звуковые волны».

Примерно то же самое происходит и с Великим красным пятном. Так как шторм вращается против часовой стрелки, он ударяется о потоки нижнего слоя атмосферы, которые двигаются по часовой стрелке, что создает колоссальную турбулентность. Это же заставляет акустические волны подниматься вертикально вверх. Волны начинают встряхивать атомы в верхней атмосфере и нагревают ее.

Аналогичные процессы происходят и на Земле. Например, когда воздушные потоки двигаются над Андами, воздух сталкивается с горами, и образуются акустические волны, которые поднимаются в верхние слои атмосферы, слегка ее нагревая. Отмечается, что даже над ураганами и цунами, которые происходят на Земле, атмосфера тоже становится несколько теплее.

Теперь у ученых имеются весьма убедительные доказательства того, что же на самом деле происходит с Великим красным пятном Юпитера. По их мнению, такие же процессы могут проходить и над другими областями поверхности этой планеты. В дальнейшем исследователи планируют заняться наблюдением за более мелкими штормами газового гиганта и впоследствии создать достаточно точную температурную карту его верхних слоев атмосферы.

Следует также напомнить, что недавно на орбиту Юпитера вышел космический аппарат «Юнона», который тоже займется изучением этого гигантского мира и сможет предоставить наиболее точные данные об этой планете. Ученые считают, что зонд, весьма вероятно, найдет аналогичные процессы нагрева атмосферы над более мелкими ураганами. Кроме того, аппарат за счет своего мощного наблюдательного оборудования позволит еще глубже заглянуть внутрь Великого красного пятна.

«В рассматриваемой сегодня статье говорится о том, что Великое красное пятно отвечает за существенный нагрев атмосферы, находящейся над ним», — говорит Майк Янссен, один из сотрудников миссии «Юнона» из Лаборатории реактивного движения NASA.

«Наш же аппарат поможет объяснить, что же отвечает за само Великое красное пятно».