Космический корабль Juno всматривается в разноцветные пояса и зоны Юпитера

Данные микроволнового радиометра, установленного на космическом корабле НАСА Juno, показывают, что полосатый рисунок Юпитера простирается глубоко под облаками, и что вид поясов и зон Юпитера инвертируется около основания водяных облаков.

Впечатление художника основано на изображении Юпитера, сделанном JunoCam 21 июля 2021 года. Улучшено, чтобы выделить детали, облака, цвета и красоту Юпитера. Предоставлено: NASA / SwRI / MSSS / Таня Олексуик.

Микроволновый свет позволяет планетологам заглядывать глубоко под разноцветные облака Юпитера, чтобы понять погоду и климат в более теплых, темных и глубоких слоях.

На высоте менее пяти бар давления (или примерно в пять раз выше среднего атмосферного давления на Земле) пояса планеты ярко светятся в микроволновом свете, тогда как зоны темные. Но все меняется при более высоких давлениях, на высоте более 10 бар, что дает ученым возможность увидеть неожиданный поворот в метеорологии и циркуляции.

Д-р Ли Флетчер, доцент кафедры планетологии в Университета Лестера и ученый-участник миссии Juno, является ведущим автором исследования, опубликованного в Журнал геофизических исследований планет. Он сказал:

«Одна из основных целей« Юноны »заключалась в том, чтобы заглянуть под облачную пелену атмосферы Юпитера и исследовать более глубокие, скрытые слои.

«Наше исследование показало, что эти красочные полосы – лишь« верхушка айсберга », и что полосы средних широт не только простираются глубоко, но, кажется, меняют свою природу по мере продвижения вниз.

«Мы называем переходную зону жовиклина, и его открытие стало возможным только с помощью микроволнового прибора Juno ».

Среди наиболее примечательных атрибутов Юпитера – его характерный полосатый вид. Ученые-планетологи называют свет белыми полосами. зоны, а более темные, красноватые ремни. Ветры планетарного масштаба на Юпитере движутся в противоположных направлениях, на восток и запад, по краям этих разноцветных полос. Ключевой вопрос заключается в том, ограничена ли эта структура верхними слоями облаков планеты или же пояса и зоны сохраняются с увеличением глубины.

Исследование этого явления является одной из основных задач миссии НАСА Juno, и космический корабль впервые оснащен специально разработанным микроволновым радиометром для измерения излучения из глубины самой большой планеты Солнечной системы.

Команда Juno использует данные этого инструмента, чтобы исследовать природу поясов и зон, вглядываясь в атмосферу Юпитера глубже, чем это было возможно раньше.

Микроволновый радиометр Juno работает в шести каналах с длиной волны от 1,4 см до 50 см, что позволяет Juno исследовать атмосферу при давлениях, начиная с верхних слоев атмосферы около 0,6 бар и заканчивая давлением, превышающим 100 бар, на глубине около 250 км.

На вершинах облаков пояса Юпитера кажутся яркими из-за микроволнового излучения, в то время как зоны остаются темными. Яркое микроволновое излучение означает либо более высокие температуры окружающей среды, либо отсутствие газообразного аммиака, который является сильным поглотителем микроволнового света.

Эта конфигурация сохраняется примерно до пяти бар. А при давлении более 10 бар картина меняется на противоположную: зоны становятся микроволновыми, а лента темнеет. Поэтому ученые полагают, что что-то – физическая температура или содержание аммиака – должно меняться с глубиной.

Д-р Флетчер называет эту переходную область между пятью и десятью барами на уровне жовиклина, в сравнении с областью термоклина океанов Земли, где морская вода резко переходит от относительного тепла к относительному холоду. Исследователи отмечают, что жовиклина почти совпадает со стабильным атмосферным слоем, созданным за счет конденсации воды.

Доктор Скотт Болтон из Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL) является главным исследователем (PI) миссии Juno. Он сказал:

«Эти удивительные результаты дают нам первое представление о том, как известные зоны и пояса Юпитера развиваются с глубиной, раскрывая возможности исследования атмосферы гигантской планеты в трех измерениях».

Есть два возможных механизма, которые могут быть ответственны за изменение яркости, каждый из которых предполагает разные физические выводы.

Один механизм связан с распределением газообразного аммиака в поясах и зонах. Аммиак непрозрачен для микроволн, а это означает, что область с относительно меньшим содержанием аммиака будет сиять ярче в наблюдениях Юноны. Этот механизм может подразумевать сложную систему противостоящих циркуляционных ячеек, подобную паттернам в тропиках и средних широтах Земли.

Эти схемы циркуляции обеспечат опускание поясов на малых глубинах и подъем поясов на более глубоких уровнях – или сильные штормы и осадки, перемещающие газообразный аммиак с места на место.

Другая возможность состоит в том, что градиент излучения соответствует градиенту температуры, при этом более высокие температуры приводят к большему микроволновому излучению.

Температура и ветры взаимосвязаны, поэтому, если этот сценарий верен, то ветры Юпитера могут усиливаться с глубиной ниже облаков, пока мы не достигнем линии сустава, прежде чем сузиться до более глубокой атмосферы – что также было предложено зондом НАСА Galileo в 1995 году, который измерил скорость ветра, когда спускался на парашюте в облака Юпитера.

Вероятный сценарий состоит в том, что оба механизма работают одновременно, каждый из которых вносит свой вклад в наблюдаемое изменение яркости. Сейчас гонка идет, чтобы понять, почему круговорот Юпитера ведет себя таким образом, и верно ли это для других планет-гигантов в нашей Солнечной системе.