Продолжаем цикл статей про странности Солнечной системы. Предыдущие статьи в профиле.
На очереди - Юпитер, который, как и Сатурн, сложно с кем-то ещё перепутать. Огромный полосатый шар, бурлящие облака, бесконечные вихри. Мы наблюдаем его уже больше четырёхсот лет, с тех пор, как Галилей в 1610 году навёл на него свой телескоп и увидел четыре спутника (кстати, о них будет отдельный материал в следующей статье, так что подписывайтесь чтобы не пропустить).
Мы уже заглядывали под его облака, измеряли магнитное поле, слушали радиогул. Казалось бы, уж эту планету мы должны знать достаточно хорошо - обычный газовый гигант.
Но с Юпитером всё не так просто. Под красивыми полосами скрывается атмосфера, которая уходит на тысячи километров вглубь. Водород там ведёт себя совсем не так, как мы привыкли, а привычное представление, впитанное со школьных времён о твёрдом ядре - оказывается не таким уж правильным. И это мы ещё даже не добрались до самых необычных особенностей юпитерианской погоды. Так что давайте посмотрим, какие странности скрывает крупнейшая планета Солнечной системы. Причём в этой подборке обойдёмся без её знаменитого Большого красного пятна, про него уже была отдельная статья. И многочисленные спутники оставим на потом. У самого Юпитера и без них хватает сюрпризов.
У Юпитера нет твёрдой поверхности
Представьте, что мы каким-то чудом оказались над облаками Юпитера и решили спуститься вниз. На Земле всё понятно: сначала летим сквозь воздух атмосферы, потом приближаемся к поверхности и в конце концов встречаемся с землёй. С Юпитером этот сценарий не сработает. Здесь просто некуда приземляться.
У планеты нет твёрдой поверхности, по крайней мере в том смысле, в каком мы привыкли её представлять. То, что мы видим на фотографиях, это лишь верхние слои облаков. Они могут выглядеть как вполне определённая граница планеты, но на самом деле это просто скопления облачных частиц в атмосфере. Ниже находится всё более плотная атмосфера, состоящая преимущественно из водорода и гелия. По мере погружения давление растёт, газ становится плотнее и никакой чёткой границы, за которой можно было бы сказать «вот здесь закончилась атмосфера и началась поверхность», нет.
Правда, это не значит, что можно бесконечно падать сквозь Юпитер, разглядывая его внутренности из иллюминатора. Космический аппарат не переживёт такого путешествия. Задолго до того, как доберётся до глубоких слоёв, его уничтожат чудовищное давление и температура. Так и произошло с зондом «Галилео». В 1995 году он сумел передать данные с глубины около 160 километров - это меньше одного процента радиуса Юпитера, после чего связь оборвалась. Аппарат просто перестал существовать, раздавленный и расплавленный окружающей средой.
Внутри Юпитера водород превращается в металл
Водород самый распространённый элемент во Вселенной. На Земле мы встречаем его в составе воды, органических соединений, в общем - повсеместно. При обычных условиях это лёгкий газ, у которого нет ничего общего с металлами. Но Юпитер умеет менять правила игры. В глубине планеты давление становится настолько огромным, что водород оказывается в состоянии, которого на Земле не существует. Он превращается в жидкий металлический водород.
Звучит как оксюморон? Металл это что-то твёрдое, блестящее, холодное. А тут водород, который при нормальных условиях газ. Но при давлении в миллионы атмосфер и температуре в тысячи кельвинов электроны отрываются от протонов и начинают двигаться свободно. Вещество становится проводником. Как металл.
При каком именно давлении это происходит вопрос до сих пор дискуссионный. Лабораторные эксперименты дают оценки от 1 до 5 миллионов атмосфер. На Юпитере такие условия начинаются примерно на глубине 10 000 километров от верхушки облаков. И это не тонкая прослойка. По современным моделям, на металлический водород приходится значительная часть внутренних слоёв планеты. Больше половины радиуса.
Именно с этим веществом учёные связывают происхождение мощнейшего магнитного поля Юпитера. Когда электропроводящая среда движется внутри вращающейся планеты, возникают условия для работы природного генератора. Это называется динамо-эффект. На Земле его создаёт жидкое железное ядро. На Юпитере жидкий металлический водород.
Магнитное поле Юпитера самое сильное в Солнечной системе после Солнца. В 20 000 раз сильнее земного. Если бы мы могли его увидеть, оно выглядело бы как огромная светящаяся сфера вокруг планеты, которая в несколько раз больше самой планеты. И всё это работа водорода, который стал металлом.
Но самое интересное обнаружилось, когда Juno начал исследовать гравитационное поле Юпитера. Долгое время учёные представляли внутреннее строение планеты довольно просто. Помните рисунки из школьных учебников? Небольшое плотное ядро в центре. Вокруг гигантская оболочка из водорода и гелия. Чёткие границы, понятная структура. Реальность оказалась несколько сложнее.
Данные Джуно указывают, что ядро Юпитера может быть гораздо более размытым, чем предполагалось. Тяжёлые элементы, вероятно, распределены в обширной центральной области и частично перемешаны с окружающим водородом. Это не значит, что ядра нет вообще. Скорее, оно не похоже на компактный шар из плотного материала. Учёные называют такую структуру размытым, или разбавленным, ядром. По некоторым оценкам, тяжёлые элементы размазаны по области, которая простирается почти до 60% радиуса планеты.
Есть и версия, откуда взялась такая странность. В молодой Солнечной системе Юпитер мог пережить столкновение с крупным планетным зародышем. Удар был настолько сильным, что разрушил первоначальное компактное ядро и перемешал тяжёлые элементы с внутренними слоями планеты. Это не единственная версия. Есть и другие, например что размытое ядро образовалось постепенно, в процессе формирования планеты, без всяких ударов. Но идея столкновения объясняет многое: и размытость, и распределение тяжёлых элементов, и некоторые особенности гравитационного поля.
Полосы Юпитера уходят вглубь на три тысячи километров
Мы давно знаем, что знаменитые полосы Юпитера это результат движения облаков и мощных атмосферных течений. Но долгое время оставался открытым вопрос - насколько глубоко простираются эти структуры? Ведь если мы видим полосы только на верхушке облачного покрова, это одна история. А если они отражают движение огромных масс вещества далеко под видимой атмосферой, то перед нами уже совсем другая картина.
Ответ помогла получить станция Juno. Аппарат изучает не только облака, но и гравитационное поле планеты. Когда Джуно пролетает рядом с Юпитером, малейшие изменения скорости аппарата позволяют учёным судить о распределении массы внутри планеты. А по этим данным можно восстановить, насколько глубоко проникают атмосферные потоки. Это, если честно, очень изящный метод. Мы не можем заглянуть внутрь Юпитера. Но мы можем измерить, как он притягивает пролетающий мимо аппарат. И по этим отклонениям - микроскопическим, на уровне долей миллиметра в секунду - восстановить картину того, что происходит на глубине в тысячи километров. Результат оказался впечатляющим. Знаменитые полосы и связанные с ними струйные течения уходят примерно на 3000 километров ниже верхушек облаков. И всё это область, в которой продолжают действовать атмосферные потоки Юпитера. Три тысячи километров. На Земле на такой глубине уже мы бы уже подходили к границе мантии и ядра. А на Юпитере это всё ещё атмосфера.
Учёные подсчитали, что общая масса этого «динамического» слоя составляет около одного процента всей массы планеты. Один процент вроде звучит скромно. Но один процент Юпитера это примерно три массы Земли, вовлечённые в движение. Причём речь не о том, что цветные полосы в буквальном смысле продолжаются вниз, как нарисованные на шаре линии. За их внешним видом стоят мощные потоки вещества, движущиеся в противоположных направлениях. Они проникают глубоко в планету, а их структура связана с быстрым вращением Юпитера. Данные Джуно показывают, что потоки вытягиваются внутрь примерно вдоль оси вращения планеты. То есть на поверхности мы видим полосы, которые идут с востока на запад. А на глубине эти же потоки как бы стягиваются к полюсам, образуя что-то вроде цилиндров, вложенных друг в друга.
Но и это ещё не всё. На глубине около 3000 километров эти потоки, судя по всему, встречают сопротивление. Там водород начинает превращаться в жидкость, которая проводит электричество, и движение вещества начинает взаимодействовать с магнитным полем планеты. Именно на этой глубине атмосферные течения, похоже, тормозятся и больше не проникают ниже.
На Юпитере бывают молнии, а град напоминает слякоть из аммиака и воды
Мы привыкли считать грозу довольно понятным явлением. Влажный воздух поднимается вверх, охлаждается, образуются облака. Ледяные частицы сталкиваются друг с другом, накапливается электрический заряд. И в какой-то момент небо озаряет молния. Всё логично, всё знакомо. На Юпитере всё это тоже происходит. Но есть одна проблема: его атмосфера устроена так, что привычные земные объяснения не всегда работают.
Начнём с молний. Первые их признаки заметили ещё «Вояджеры» в 1979 году. Они снимали ночную сторону Юпитера и увидели вспышки в облаках. Тогда решили, что разряды возникают примерно там же, где и земные, в глубоких водяных облаках, километрах в пятидесяти под видимой поверхностью. Так думали почти сорок лет. Пока к Юпитеру не прилетела Juno, которая обнаружила нечто неожиданное. Молнии могут возникать гораздо выше. В областях атмосферы, где для обычной жидкой воды слишком холодно. Температура там опускается ниже −80 °C. Вода должна быть льдом. И сама по себе она не объясняет происходящее.
Но в юпитерианской атмосфере есть аммиак. Он способен понижать температуру замерзания водно-аммиачной смеси. Мощные грозовые потоки поднимают кристаллы водяного льда из более глубоких слоёв. Те встречаются с аммиаком. Эта смесь сталкивается с другими частицами, накапливает электрический заряд и создаёт условия для разрядов. Так Juno обнаружила то, что исследователи назвали shallow lightning - если по нашему - «мелкие молнии». Мелкими их называют не потому, что они слабые. А потому, что возникают они значительно выше, чем предполагали прежние модели. Для планетологов это стало важной подсказкой: атмосфера Юпитера способна переносить воду и аммиак совсем не так, как ожидалось.
Но молнии это только половина истории. Та же смесь воды и аммиака, по мнению некоторых исследователей, может участвовать в образовании необычных градин. Команда Juno прозвала их mushballs. Я не знаю, как это перевести. Слякотные шары? Мягкие градины? Ни то, ни другое не звучит. Но суть в том, что это ледяные комки. Внутри водно-аммиачная слякоть. Снаружи ледяная оболочка. Они формируются в грозовых облаках, растут, пока их удерживают восходящие потоки. А потом становятся слишком тяжёлыми и начинают падать в глубину атмосферы. И вот тут начинается самое интересное. Падая, такие образования уносят с собой воду и аммиак из верхних слоёв Юпитера в более глубокие. Это помогает объяснить, почему Juno обнаружила в некоторых областях атмосферы меньше аммиака, чем ожидалось. Он не обязательно отсутствует. Часть вещества может просто перемещаться вниз в составе этих необычных градин. Как грузовой лифт, только из льда и слякоти.
В 2020 году учёные построили микроФизическую модель этих градин и показали, что они действительно могут объяснить наблюдаемый дефицит аммиака. Не гипотеза ради гипотезы. А модель, которая совпадает с данными.
Разумеется, мы не можем отправить туда метеоролога с ведром и проверить, насколько такая градина похожа на земной град. Mushballs это предложенная учёными модель, объясняющая наблюдения, а не объект, который аппарат сфотографировал крупным планом. Но сама идея выглядит впечатляюще. На планете, где вода и аммиак ведут себя совершенно не по-земному, даже грозы способны переносить вещества между разными слоями атмосферы. Молния там не просто вспышка. Это часть системы. Часть механизма, который перемешивает атмосферу Юпитера сверху донизу.
Юпитер отдаёт в космос больше энергии, чем получает от Солнца
Юпитер находится далеко от Солнца. Примерно в пять раз дальше Земли. Солнечного света до него доходит в 25 раз меньше - по закону обратных квадратов, если кому интересно. Но когда учёные измерили энергетический баланс Юпитера, выяснилось, что с ним происходит кое-что интересное. Планета излучает больше тепловой энергии, чем поглощает от Солнца. И это не погрешность измерений. Не ошибка приборов. Это факт, который подтверждается уже несколько десятилетий. Первые измерения сделали ещё «Пионеры» в 1970-х. Потом «Вояджеры» уточнили. Потом «Галилео». Потом «Кассини», который пролетал мимо по пути к Сатурну. Все данные сходятся: Юпитер излучает примерно в 1,6-1,7 раза больше энергии, чем получает от Солнца. То есть у него есть собственный, внутренний источник тепла. Откуда он берётся?
Для начала стоит вспомнить, как вообще формировались планеты. Около 4,5 миллиарда лет назад Юпитер рос, собирая газ и другие вещества из окружающего протопланетного диска. Падающее на молодую планету вещество разгонялось под действием гравитации, сталкивалось с уже собранной массой и выделяло энергию.
Молодой Юпитер был гораздо горячее, чем сейчас. Настолько горячий, что, возможно, светился в инфракрасном диапазоне как тусклая звезда. Не как Солнце, конечно. Но как что-то, что видно в телескоп. С тех пор планета постепенно остывает, отдавая накопленное тепло в космос. Кроме того, она медленно сжимается под действием собственной гравитации. Это называется механизм Кельвина - Гельмгольца. Когда тело сжимается, гравитационная энергия переходит в тепло. И это тепло тоже уходит в космос.
Юпитер сжимается примерно на 2 сантиметра в год. Не знаю, как это измерили. Наверное, по гравитационному полю и моделям. Но факт: планета медленно уменьшается в размерах. И выделяет при этом энергию. Не ядерную, как Солнце. Гравитационную. Это не бесконечный источник. Рано или поздно Юпитер остынет окончательно. Но «рано или поздно» это миллиарды лет. Пока что он всё ещё горячий. Внутри около 20 000 °C в центре, если модели верны. Горячее, чем поверхность Солнца.
Есть и ещё один механизм, который добавляет тепла. В недрах Юпитера может идти «дождь» из гелия. Гелий не смешивается с металлическим водородом при определённых условиях. Он опускается вниз, выделяя при этом гравитационную энергию. Это дополнительный источник тепла, помимо сжатия. Не основной, но заметный. Причём это тепло имеет значение не только для недр. Оно участвует в работе атмосферы. Помогает поддерживать конвекцию - движение вещества между глубокими и верхними слоями. Юпитер получает от Солнца энергию, но его погода зависит не только от внешнего обогрева. Планета ещё и подогревает себя изнутри.
Вот почему на Юпитере такие мощные вихри. Вот почему там такая активная атмосфера. Солнце даёт мало. А планета сама себя греет. И этого хватает, чтобы поддерживать бурлящую, хаотичную, невероятно сложную погоду.
У Юпитера есть огромное невидимое магнитное пятно
У Юпитера есть Большое красное пятно. Я про него уже писал. Это гигантский атмосферный вихрь, который можно увидеть в телескоп. Его наблюдают уже больше трёхсот лет. О нём пишут в учебниках, его рисуют на обложках, его знают даже те, кто не интересуется астрономией. Но существует и другое пятно, о котором знают гораздо меньше. Оно называется Большим синим пятном. И если вы сейчас представили ещё один цветной овал среди облаков, придётся разочаровать. Увидеть его глазами невозможно.
Большое синее пятно вообще не имеет отношения к облакам. Это область необычно сильного магнитного поля возле экватора Юпитера. Её обнаружили по измерениям магнитометра на борту Джуны. А название появилось благодаря условной цветовой визуализации магнитных данных. На настоящих фотографиях планеты никакого синего пятна нет.
Чтобы понять, почему Большое синее пятно заслуживает внимания, нужно вспомнить, что Юпитер обладает чрезвычайно мощным магнитным полем. Но поле это не идеально симметрично. Оно не сводится к простому магниту с северным и южным полюсами. Если бы у Юпитера был обычный диполь, как у Земли, силовые линии шли бы от полюса к полюсу. Но Juno обнаружила, что поле устроено гораздо сложнее. Там есть области с аномально сильным полем, есть области с ослабленным. И Большое синее пятно одна из самых заметных особенностей этой структуры. И оно не просто существует в одном месте. Сравнивая измерения Juno с более ранними данными от «Пионеров», «Вояджеров», «Галилео» учёные обнаружили, что магнитное поле Юпитера меняется со временем. Особенно заметные изменения происходят в районе Большого синего пятна. По данным миссии, оно медленно смещается относительно внутренней части планеты.
Одна из причин - глубокие атмосферные течения. Те самые струйные потоки, которые мы обсуждали в пункте про полосы. Они проникают на тысячи километров вглубь. И там, где эти потоки взаимодействуют с электропроводящим металлическим водородом, они могут деформировать магнитное поле. Как ветер, который гонит воду и создаёт волны. Только вместо воды жидкий металл. А вместо волн изменения магнитного поля.
То есть ветры Юпитера не только гоняют облака по поверхности. Они проникают глубоко внутрь и могут влиять даже на магнитную структуру планеты. В этом смысле Большое синее пятно связывает две вещи, которые на первый взгляд кажутся совершенно разными: погоду и внутреннее строение гиганта.
Но магнитное поле Юпитера интересно не только этим пятном. Оно окружает планету огромной магнитосферой. Это область пространства, где влияние юпитерианского поля преобладает над воздействием солнечного ветра. Со стороны Солнца её граница в зависимости от условий может находиться примерно в миллионе - трёх миллионах километров от планеты. А с противоположной стороны магнитное поле вытягивается в длинный хвост. Он простирается на сотни миллионов километров. Вплоть до расстояний, сопоставимых с орбитой Сатурна.
Внутри этой невидимой области магнитное поле захватывает заряженные частицы и разгоняет их до высоких энергий, поэтому вокруг Юпитера возникают мощные радиационные пояса. Они представляют серьёзную опасность для космических аппаратов. Именно поэтому зонды, которые летят к Юпитеру, стараются не задерживаться в определённых областях. Электроника деградирует. Детекторы зашкаливают. Аппараты приходится проектировать с учётом того, что они будут работать в среде, где радиация в сотни раз выше, чем в земных поясах Ван Аллена.
Поэтому магнитосфера это не просто красивое научное понятие. Это вполне реальная проблема для тех, кто пытается исследовать планету вблизи.
На Юпитере есть окна, через которые можно заглянуть в глубины атмосферы
В 1995 году к Юпитеру прибыл «Галилео». Помимо орбитального аппарата, в его состав входил небольшой зонд, которому предстояло впервые в истории войти в атмосферу планеты и передать данные изнутри. Я о нём рассказывал в начале статьи.
Но вот что любопытно - в месте спуска атмосфера была гораздо суше, чем рассчитывали учёные. Зонд обнаружил очень мало воды. Ветры сильные, до 150 метров в секунду. Температура выше, чем предполагалось. И всё это плохо соответствовало тогдашним представлениям о типичной атмосфере Юпитера. Неужели планета оказалась совсем не такой, какой её представляли?
Позже появилась более интересная версия. «Галилео» мог попасть в особую область, которую называют hot spot - «горячее пятно». Название сбивает с толку. Речь не о раскалённом участке поверхности, которой у Юпитера нет. Речь об области атмосферы, где облачный покров устроен иначе. В некоторых таких местах облаков меньше. Нисходящие потоки переносят воздух из верхних слоёв в более глубокие. В результате образуются относительно сухие области. Через них инфракрасное излучение из глубины атмосферы выходит наружу легче, чем через окружающие облака. Поэтому на снимках в определённых диапазонах такие участки выглядят особенно яркими. Как окна. Как просветы в облачной завесе.
Можно представить себе плотный облачный слой, в котором местами возникают разрывы. Это не аккуратные круглые дыры, сквозь которые можно увидеть внутренности планеты насквозь. Скорее, облачный покров здесь становится менее непрозрачным, что позволяет исследовать более глубокие и тёплые слои.
Когда к Юпитеру прибыла Juno, она получила возможность изучать подобные области с помощью микроволнового радиометра, на разных глубинах, куда обычная камера не заглянет. Он измеряет излучение на шести частотах, и каждая частота соответствует определённой глубине. От верхних слоёв до сотен километров вниз. Выяснилось, что история с сухой атмосферой «Галилео» могла быть не просто случайностью. Весь северный экваториальный пояс Юпитера в целом отличается сухостью. А горячие пятна связаны с разрывами в облачном покрове.
И вот что особенно любопытно. Эти области связаны с теми же атмосферными процессами, которые участвуют в формировании необычных молний Юпитера. Восходящие и нисходящие потоки перемещают воду и аммиак. Меняют структуру облаков. Создают условия для электрических разрядов. Получается, что облака Юпитера не просто красивая ширма, скрывающая планету. В них есть своеобразные окна. Просветы. Места, где завеса становится тоньше. И через эти окна можно заглянуть вглубь. Не глазами, конечно. Приборами. Но можно.
Над облаками Юпитера обнаружили гигантскую скоростную струю
В 2023 году космический телескоп Джеймс Уэбб обнаружил необычное явление - узкую, быстро движущуюся струю в районе экватора, высоко над основными облаками, которая движется быстрее, чем всё вокруг и не связана напрямую с глубокими течениями. Это отдельный слой атмосферной циркуляции. Скорость ветра в этой струе достигает примерно 515 километров в час. Это быстрее устойчивых ветров урагана пятой категории на Земле. Ураган пятой категории это когда ветер сносит дома, вырывает деревья с корнем, а давление падает настолько, что барабанные перепонки не выдерживают.
Само по себе наличие сильных ветров на Юпитере никого не удивляет. Там ветры вообще быстрые. Полосы движутся со скоростями в сотни километров в час. Но эта струя оказалась неожиданной. Потому что находится на высоте, где раньше не удавалось столь подробно проследить подобную структуру. Телескоп Webb смог различить небольшие детали в верхней дымке атмосферы и отследить их движение. Сопоставив эти наблюдения с данными телескопа Hubble, исследователи смогли сравнить ветры на разных высотах и оценить, как меняется их скорость с подъёмом над облаками. Это важно, потому что атмосфера планеты не представляет собой несколько независимых этажей, каждый из которых живёт своей жизнью. Потоки на разных высотах взаимодействуют друг с другом. Передают энергию и импульс. Их движение может влиять на формирование облаков и развитие штормов.
И здесь стоит вспомнить предыдущие странности. Полосы, которые мы видим на Юпитере, связаны с глубокими атмосферными течениями, уходящими на тысячи километров вниз. А теперь мы обнаруживаем ещё и мощную струю в верхних слоях. Это не одно и то же явление. Но вместе они показывают, насколько сложна атмосфера газового гиганта. Как будто у планеты есть не одна погода, а несколько. И они наложены друг на друга. Слоями.
Правда, есть нюанс. Струю обнаружили по наблюдениям 2022 года, опубликованным в 2023-м. Это не означает, что она возникла именно тогда или что её скорость всегда одинакова. Чтобы выяснить, как она меняется со временем и как связана с другими атмосферными потоками, нужны дополнительные наблюдения. Может быть, она сезонная. Может быть, постоянная. Может быть, она то появляется, то исчезает. Мы пока не знаем. И всё же сам факт впечатляет. Даже после десятилетий исследований Юпитер продолжает обнаруживать новые особенности там, где, казалось бы, мы уже должны были всё изучить. Достаточно посмотреть на него другим инструментом. В другом диапазоне света. И знакомые облака вдруг открывают совершенно новую структуру.
Полярные сияния Юпитера нагревают атмосферу далеко от полюсов
На Земле полярные сияния возникают, когда заряженные частицы взаимодействуют с магнитным полем и верхними слоями атмосферы. В результате небо окрашивается в зелёные, красные и фиолетовые оттенки. Красиво, знакомо, воспето в стихах и песнях. На Юпитере происходит нечто похожее. Но масштабы совершенно другие. Его полярные сияния относятся к самым мощным в Солнечной системе. Они в сотни раз мощнее земных. Если бы мы могли их увидеть, они выглядели бы как гигантские светящиеся короны над полюсами планеты. Но дело не только в красоте. Энергия, которую они передают атмосфере, помогает объяснить одну давнюю загадку Юпитера.
Вот в чём проблема. Юпитер получает от Солнца гораздо меньше энергии на единицу площади, чем Земля. В 25 раз меньше, если считать по расстоянию. При этом его верхняя атмосфера оказывается намного горячее, чем можно было бы ожидать, если учитывать только солнечный нагрев. Насколько горячее? В зависимости от высоты и области - сотни градусов Цельсия. А в некоторых слоях порядка тысячи кельвинов и выше. Это верхняя атмосфера. Не недра. Не глубины, где давление сжимает газ и нагревает его. А разреженные внешние слои, которые должны быть холодными. Но они горячие. И никто долго не понимал почему.
Одним из главных источников дополнительного нагрева оказались полярные сияния. Заряженные частицы, направляемые магнитным полем к полюсам планеты, сталкиваются с газом и передают ему энергию. Атмосфера в этих областях нагревается. Но тепло не остаётся строго на полюсах. Оно распространяется.
Наблюдения с наземных телескопов позволили проследить распределение температуры в верхней атмосфере Юпитера от полярных областей к экватору. Обнаружилось что температура постепенно снижается по мере удаления от зон сияния. Это согласуется с идеей, что нагретый газ и энергия переносятся атмосферными ветрами к более низким широтам.
Важно понимать: это не означает, что полярное сияние одинаково нагревает всю планету. И не означает, что механизм уже изучен до последней детали. Речь идёт прежде всего о верхней атмосфере. Конкретные процессы переноса тепла всё ещё исследуются. Но сама картина удивительна. Мы привыкли воспринимать сияние как световое шоу. Красивое следствие столкновений заряженных частиц с атмосферой. На Юпитере оно оказывается ещё и важным источником энергии. Который способен влиять на температуру огромных областей далеко от полюсов. Иными словами, магнитное поле Юпитера не просто окружает планету невидимым щитом. Оно помогает направлять частицы. Создаёт мощные сияния. И запускает процессы, которые меняют состояние атмосферы на больших расстояниях. В этом смысле магнитная и погодная системы Юпитера тесно связаны друг с другом.
На полюсах Юпитера циклоны складываются в геометрические фигуры
Мы привыкли видеть планету сбоку: полосы, облака, вихри. Полюса где-то там, наверху и внизу, и нас туда обычно не тянет. Как будто там ничего нет. Но когда Juno впервые передал подробные изображения полярных областей, выяснилось, что там происходит нечто совершенно необычное. На северном полюсе находится центральный циклон. Вокруг него ещё восемь крупных вихрей. Вместе они образуют почти правильную восьмиугольную конфигурацию. Как будто кто-то расставил их по циркулю.
На южном полюсе картина другая. Центральный циклон окружён пятью соседями.Пятиугольник.
И это не маленькие атмосферные завихрения.
Диаметр отдельных циклонов тысячи километров. Северные около 4000-4600 километров. Южные ещё больше, до 7000. Каждый такой вихрь сам по себе мог бы стать впечатляющей погодной системой. Если бы он был один. Но на Юпитере они существуют целыми группами. Тесно соседствуя друг с другом. Почти касаясь краями.
Самое удивительное - они не спешат сливаться в один гигантский шторм.
На Земле крупные атмосферные вихри могут взаимодействовать. Менять форму. Иногда объединяться. У Юпитера же полярные циклоны сохраняли свои отдельные структуры на протяжении долгих наблюдений Juno. Годы. Может быть, десятилетия. Конечно, они не застыли навсегда. Вихри меняются, перемещаются, взаимодействуют. Но сама многоугольная конфигурация оказалась достаточно устойчивой. Как будто у атмосферы есть предпочтение к геометрии.
Почему так происходит? Одной простой причины здесь, по-видимому, нет. Важную роль играют быстрое вращение Юпитера, движение атмосферы и взаимодействие вихрей между собой. Есть гипотеза, что центральный циклон и его соседи окружены кольцом антициклонического потока, который не даёт им слиться. Однако учёные до сих пор не могут до конца объяснить, какие именно механизмы позволяют этим циклонным системам сохранять свою структуру. Мы видим результат. Мы видим геометрию. Но почему именно восьмиугольник? Почему именно пятиугольник? Почему не круг? Не хаос? Пока ответа нет.
И всё это только сам Юпитер. Мы ещё даже не начинали разговор о его спутниках. А их больше девяноста. Четыре из них те самые, что Галилей увидел в 1610 году: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Каждый - отдельный мир. Ио - вулканический ад. Европа - океан под ледяной корой. Ганимед - крупнее Меркурия и с собственным магнитным полем. Каллисто - древний, изрытый кратерами свидетель ранней Солнечной системы.
О них мы поговорим отдельно. Это будет следующий материал, про странности галилеевых спутников. А потом, возможно, и про остальные. Потому что у Юпитера их много. И каждый, как выясняется, заслуживает отдельной истории.
