Молнии Юпитера: от земных "суперболтов" до космической мощи, способной превзойти земные в миллион раз

Молнии на Юпитере могут быть более чем в 100 раз мощнее земных, а согласно новому исследованию, их сила, возможно, достигает показателя, в миллион раз превосходящего земной.

Юпитер, крупнейшая планета Солнечной системы, славится своими гигантскими штормами, некоторые из длятся веками. Практически каждый космический аппарат, пролетавший мимо Юпитера, фиксировал там молнии, вспышки которых видны на ночной стороне планеты.

Основываясь на данных миссий, способных регистрировать лишь самые мощные вспышки на темной стороне, предыдущие исследования предполагали, что молнии Юпитера похожи на самые энергетически мощные разряды Земли, известные как «суперболты». Однако когда в 2016 году зонд NASA «Юнона» (Juno) начал вращаться вокруг газового гиганта, его камера для отслеживания звезд оказалась достаточно чувствительной, чтобы обнаружить множество более слабых вспышек, напоминающих земные.

Проблема съемки ночной стороны Юпитера заключается в том, что облака могут скрывать вспышки молний. Это затрудняет оценку их истинной мощности, объяснил ведущий автор исследования Майкл Вонг, планетолог из Калифорнийского университета в Беркли.

В новом исследовании Вонг и его коллеги проанализировали данные основного прибора «Юноны», который способен фиксировать радиоизлучение от юпитерианских молний. Такие данные позволяют более точно измерить мощность разрядов, не завися от облачного покрова.

Одной из проблем, с которой столкнулись исследователи, было то, что на Юпитере часто одновременно бушует несколько штормов в поясах, опоясывающих планету. Это затрудняет определение того, какой именно шторм породил ту или иную молнию. Вонг сравнил эту проблему с ситуацией, когда во время празднования китайского Нового года вы слышите серию хлопков и не можете понять, взрывается ли попкорн в нескольких футах от вас или это петарды за квартал.

Однако в 2021 и 2022 годах в северном экваториальном поясе Юпитера наступило затишье в штормовой активности. Это позволило ученым сосредоточиться на одном крупном шторме за раз, определяя его местоположение с помощью данных телескопа «Хаббл» (NASA), зонда «Юнона» и снимков астрономов-любителей. Вонг назвал эти явления «скрытыми суперштормами». Подобно настоящим суперштормам Юпитера, их активность длилась месяцами, но, в отличие от них, их облачные башни достигали лишь умеренной высоты.

«Юнона» подошла достаточно близко к четырем таким «скрытым суперштормам», чтобы проанализировать микроволновое излучение их молний.
«Было невероятно приятно обработать статистику и увидеть, что с помощью данных "Юноны" мы действительно улавливаем большинство импульсов молний на радиоволнах, — рассказал Вонг. — Раньше были сомнения, не фиксируем ли мы только самые сильные импульсы, упуская более слабые».

За время этих пролетов детектируемые вспышки возникали в среднем три раза в секунду. На основе 613 измеренных импульсов ученые рассчитали, что их мощность варьируется от уровня, сопоставимого с земными разрядами, до показателя, в 100 раз и более превосходящего земные аналоги.

Ученые предостерегают, что в их оценках присутствует неопределенность, поскольку они сравнивали излучение земных молний на одной радиочастоте с юпитерианскими выбросами на другой частоте. Исследователи не исключают, что в реальности юпитерианские разряды могут оказаться в миллион раз мощнее земных.

Понимание природы юпитерианских молний помогает объяснить, как функционируют его атмосфера и штормы. Подобно Земле, на Юпитере происходит конвекция — процесс перемешивания, переносящий тепло из недр вверх. Вонг пояснил, что конвекция на Юпитере работает иначе, чем на Земле. Земная атмосфера в основном состоит из азота, который тяжелее воды, поэтому влажный воздух здесь более плавучий, чем сухой. На Юпитере же атмосфера преимущественно водородная, что делает влажный воздух более тяжелым и затрудняет его подъем. Это означает, что для формирования шторма на Юпитере требуется гораздо больше энергии, и если он достигает верха атмосферы, он высвобождает колоссальное количество энергии, порождая высокие скорости ветра и интенсивные молнии.

Исследователи предполагают, что молнии на Юпитере, скорее всего, возникают так же, как и на Земле: поднимающийся водяной пар конденсируется на больших высотах в капли жидкости и кристаллы льда, которые электризуются. Однако Вонг отмечает, что вопрос, почему молнии Юпитера мощнее земных, остается открытым.

«Может быть, ключевое различие кроется в водородной атмосфере вместо азотной? — задается вопросом ученый. — Или же дело в том, что штормы на Юпитере выше, а значит, расстояния, на которых возникают заряды, больше?» Высота штормов на Юпитере превышает 100 километров, тогда как на Земле этот показатель составляет около 10 километров. «А возможно, дело в том, что здесь доступно больше энергии, поскольку для влажной конвекции на Юпитере требуется больший накопленный запас тепла, прежде чем шторм сможет сформироваться и породить молнии».

Детали своего исследования ученые опубликовали 20 марта в журнале AGU Advances.