Полярные бури Юпитера и Сатурна выдали то, что скрыто в глубине планет

Юпитер и Сатурн имеют много общего: они состоят преимущественно из водорода и гелия, вращаются с подобной скоростью и излучают значительное количество внутреннего тепла. Обе планетытакже известны своей экстремальной погодой — мощными ветрами, гигантскими штормами и сложными облачными структурами. Однако их полярные бури существенно различаются, и именно это десятилетиями оставалось загадкой для ученых.

Об этом сообщило издание Science alert.

Наблюдения показывают: на каждом полюсе Сатурна формируется один большой устойчивый вихрь. Зато на Юпитере доминирует один центральный шторм, окруженный кольцом из нескольких меньших вихрей. Новое исследование планетологов из Массачусетского технологического института предлагает объяснение этой разницы, связывая ее с тем, как атмосферные штормы взаимодействуют с более глубокими слоями планет.

Исследователи Ванинь Кан и Цзяру Ши разработали двумерную модель динамики поверхностной жидкости, которая воспроизводит полярные вихри, зафиксированные космическими аппаратами во время многолетних наблюдений за обоими газовыми гигантами. Такой подход позволил значительно упростить расчеты, поскольку в быстро вращающихся системах движение жидкости обычно выравнивается вдоль оси вращения и мало изменяется в вертикальном направлении.

Модель показала, что гигантские штормы на газовых планетах формируются из меньших атмосферных процессов, в частности конвекции. По мере роста эти вихри сталкиваются с ограничениями, которые определяют их максимальный размер. Среди таких факторов — глубина атмосферного слоя, интенсивность энергетического «форсирования» и скорость потерь энергии из-за трения.

По результатам моделирования, атмосфера Юпитера является достаточно глубокой и энергичной, чтобы порождать несколько крупных вихрей. В то же время раннее появление турбулентности мешает им сливаться в один доминантный шторм. В результате на полюсах формируется стабильная система из нескольких отдельных вихрей, которая сохраняется на видимой поверхности планеты.

В случае Сатурна ситуация иная. Модель допускает, что либо атмосферное форсирование там слабее, либо потери энергии на трение больше, либо же действует сочетание этих факторов. Это устраняет барьеры, сдерживающие слияние вихрей, и позволяет им объединиться в один гигантский полярный шторм. Важную роль в этом процессе может играть и плотность нижнего слоя атмосферы, где зарождаются вихри.

Исследователи отмечают, что полученные результаты не являются прямым доказательством различий во внутреннем строении планет. В то же время они свидетельствуют о том, что видимые атмосферные узоры могут содержать информацию об условиях глубоко под поверхностью. В частности, это может помочь выяснить, насколько «мягкой» или стратифицированной является среда, в которой формируются полярные бури.

Ученые отмечают, что такие различия могут быть связаны с разным уровнем обогащения недр Сатурна тяжелыми элементами и большим количеством конденсированного вещества. Это, в свою очередь, способно обеспечивать более сильную стратификацию атмосферы по сравнению с Юпитером и дополнять общее представление о строении газовых гигантов.

Защита деревьев от грызунов / © pexels.com Единый государственный реестр снова стал открытым / © Pexels деньги Король Филипп VI, королева Летиция и принц Павлос / © Getty Images