|
Завораживающие циклоны на Юпитере
|
|
|
|
Новое исследование, проведенное Лией Сигельман, физиком-океанографом из Института океанографии имени Скриппса Калифорнийского университета в Сан-Диего, показывает, что бушующие штормы в полярных областях планеты Юпитер вызваны процессами, известными физикам, изучающим океаны и атмосферу Земли. Геофизические сходства, простирающиеся на 452 миллиона миль между двумя планетами, могут даже способствовать лучшему пониманию этих процессов на Земле. Сигельман впервые установила связь между нашей планетой и газовым гигантом в 2018 году, когда заметила поразительное сходство между изображениями огромных циклонов Юпитера и океанской турбулентностью, которую она изучала. Для физика и воздух, и вода считаются жидкостями, поэтому применение физики океана к Юпитеру не так уж сложно, как кажется, сказал Зигельман. "Юпитер - это, по сути, газовый океан".
|
|
|
|
Это первоначальное наблюдение побудило Сигельмана стать соавтором исследования, опубликованного в журнале Nature Physics в 2022 году, в котором были проанализированы инфракрасные снимки циклонов Юпитера с высоким разрешением, сделанные космическим аппаратом НАСА "Юнона". Анализ показал, что тип конвекции, подобный тому, что наблюдается на Земле, помогает поддерживать штормы на Юпитере, которые могут достигать тысяч миль в ширину и длиться годами. Исследование, проведенное в 2022 году, было сосредоточено непосредственно на циклонах Юпитера, но Зигельман также увидел тонкие завитки, известные исследователям как нити накала, в промежутках между газовыми вихрями. У этих нитей также были земные аналоги, и Зигельман использовал детальные снимки "Юноны", чтобы изучить, было ли это сходство с океаническими и атмосферными процессами на нашей планете лишь поверхностным.
|
|
|
Опубликованное 6 июня в журнале Nature Physics, последующее исследование Зигельмана обнаруживает дополнительные сходства между процессами, подпитывающими циклоны на Юпитере, и теми, которые действуют на Земле. Исследование показывает, что потоки между циклонами Юпитера действуют совместно с конвекцией, способствуя возникновению и поддержанию гигантских штормов на планете. В частности, потоки Юпитера действуют таким образом, который напоминает то, что океанографы и метеорологи называют фронтами на Земле. В прогнозах погоды часто упоминаются фронты — например, холодные или грозовые, — но они применимы как к газам, так и к жидкостям. Фронт - это граница между массами газа или жидкости с разной плотностью из-за различий в таких свойствах, как температура. В океане фронты также могут возникать из-за различий в солености, которые влияют на плотность морской воды наряду с температурой. Ключевой особенностью фронтов является то, что их передние кромки имеют высокие вертикальные скорости, которые могут создавать ветры или течения.
|
|
|
|
Чтобы попытаться понять роль нитей, которые она могла отчетливо видеть между циклонами на Юпитере на снимках "Юноны", Зигельман просмотрела серию инфракрасных снимков с "Юноны". Серия снимков была сделана в северной полярной области Юпитера с интервалом в 30 секунд. Тот факт, что снимки были сделаны в инфракрасном диапазоне, позволил Сигельман и ее соавтору Патрису Кляйну из Лаборатории реактивного движения НАСА, Калифорнийского технологического института и Высшей школы экономики рассчитать температуру - светлые области были теплее, а темные — холоднее. На Юпитере более горячие части атмосферы соответствуют тонким облакам, а более холодные - плотному облачному покрову, который блокирует большую часть тепла, исходящего от перегретого ядра Юпитера. Затем исследователи проследили за движением облаков и нитей на протяжении 30-секундных интервалов, разделяющих фотографии, чтобы рассчитать горизонтальную скорость ветра.
|
|
|
|
Эти две части информации позволили Зигельману и Кляйну применить методы изучения океана и атмосферы к Юпитеру, позволив им рассчитать вертикальные скорости ветра, которые соответствовали бы температурам и горизонтальным скоростям ветра, полученным исследователями на основе изображений. Как только команда рассчитала вертикальную скорость ветра, они смогли увидеть, что нити Юпитера действительно ведут себя как фронты на Земле. Эти вертикальные скорости ветра на краях фронтов на Юпитере также означали, что фронты участвовали в переносе энергии в виде тепла из раскаленных недр планеты в верхние слои атмосферы, подпитывая гигантские циклоны. Хотя конвекция является основной движущей силой, на фронты приходится четверть общей кинетической энергии, питающей циклоны Юпитера, и сорок процентов вертикального переноса тепла.
|
|
|
|
"Эти циклоны на полюсах Юпитера сохраняются с тех пор, как их впервые наблюдали в 2016 году", - сказал Зигельман. "Эти нити между крупными вихрями относительно невелики, но они являются важным механизмом поддержания циклонов. Удивительно, что фронты и конвекция присутствуют и оказывают влияние на Землю и Юпитер — это говорит о том, что эти процессы могут также присутствовать на других турбулентных жидких телах во Вселенной". Сигельман также сказал, что огромные размеры Юпитера и снимки с высоким разрешением, сделанные "Юноной", могут позволить более четко визуализировать то, как явления меньшего масштаба, такие как фронты, соединяются с более крупными явлениями, такими как циклоны, и атмосферой в целом - связи, которые часто трудно наблюдать на Земле, где они намного меньше и более плотные. эфемерный. Однако, добавила она, долгожданный новый спутник, известный исследователям как SWOT, готов значительно облегчить наблюдение за подобными явлениями в океане. "Есть какая-то космическая красота в том, чтобы узнать, что эти физические механизмы на Земле существуют и на других далеких планетах", - сказал Зигельман.
|
|
|
|
Источник
|
