Ученые объяснили природу экваториальных ветров в атмосферах планет-гигантов
Одним из наиболее примечательных свойств планет-гигантов Солнечной системы — Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна — являются экстремальные ветры, наблюдаемые в районе их экваторов. На некоторых из этих планет дуют восточные экваториальные ветры, а на других — западные. Впервые международная группа ученых под руководством Лейденской обсерватории смогла объяснить ветры на всех планетах-гигантах с помощью универсальной модели.
Так называемая быстро вращающаяся конвекция в атмосферах планет-гигантов может играть ключевую роль в формировании струйных течений как в восточном, так и в западном направлении. К такому выводу пришла группа астрономов под руководством Керен Дюр-Милнер из Лейденской обсерватории. Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.
Используя модели глобальной циркуляции, команда исследователей обнаружила, что различия в глубине атмосферы могут приводить к возникновению восходящих потоков на Юпитере и Сатурне и нисходящих потоков на Уране и Нептуне. В системе наблюдается так называемая бифуркация: при одних и тех же условиях атмосфера может перейти в одно из двух стабильных состояний — с восходящими или нисходящими экваториальными потоками, — что устанавливает прямую связь между направлением потока и глубиной атмосферы.
Самые быстрые ветры в Солнечной системе
На протяжении десятилетий ученые ломали голову над механизмом, который приводит в движение сверхбыстрые ветры на планетах-гигантах. Они дуют со скоростью от 500 до 2000 км/ч. Реактивные потоки — это самые быстрые ветры, наблюдаемые в Солнечной системе, и их скорость значительно превышает скорость самых разрушительных ураганов на Земле.
Особенно загадочным был тот факт, что на Юпитере и Сатурне ветры дуют в восточном направлении, по ходу вращения планет, в то время как на Уране и Нептуне они дуют в западном направлении. При этом Нептун вращается вокруг своей оси также на запад, а вот Уран (как и Венера) «предпочитает» ретроградное вращение. Считается, что основные факторы, которые могут влиять на потоки воздуха на этих планетах, схожи. Планеты получают мало солнечного света, у них умеренный внутренний источник тепла и быстрое вращение. Не существует известных сил, которые могли бы объяснить различное направление ветров. До сих пор считалось, что различное направление струйных ветров обусловлено разными механизмами.
Керен Дьюр-Милнер и ее коллеги обнаружили, что быстро вращающиеся конвекционные ячейки на экваторе могут действовать как «конвейерная лента» на поверхности, направляя струйные потоки как на восток, так и на запад на разных планетах. С направлением вращения небесных тел это связано косвенно.
Конвекция — это процесс, при котором тепло переносится в атмосфере или жидкости за счет циркуляции. Считается, что это основной процесс, при котором тепло из недр газовых планет переносится на поверхность и далее в атмосферу. Кстати, характеристика Нептуна и Урана как ледяных планет достаточно условна. На них между каменистым ядром и водородно-гелиево-метановым внешним слоем помещается обширный слой-коктейль, состоящий из водяного льда и жидких аммиака и углеводородов. Твердой в нашем понимании поверхности и четких фазовых границ ни на одной из четырех гигантских планет Солнечной системы нет.
Открытым остается вопрос, почему именно так распределились направления потоков, и могут ли они когда-нибудь поменяться.
Мы надеялись продемонстрировать, что механизм, который, по нашему мнению, действует на газовых гигантах Юпитере и Сатурне, может объяснить существование экваториальных струй на ледяных гигантах Уране и Нептуне. Мы воодушевлены, потому что наконец-то нашли простое и элегантное объяснение сложному явлению». Теперь ученые используют данные космического аппарата «Юнона», чтобы найти непосредственные доказательства существования предложенного механизма в атмосфере Юпитера.Керен Дьюр-Миллнерпланетолог…
Исследовательница надеется, что полученные знания можно будет применить и к планетам за пределами Солнечной системы. Понимание глобальных газовых потоков крайне важно, поскольку оно помогает разобраться в фундаментальных процессах, управляющих атмосферами планет не только в Солнечной системе, но и во всей галактике.
Недавно космичнеский телескоп «Джеймс Уэбб» показал странные узоры и бусины в атмосфере Сатурна.
