Разгадка тайны погодных условий на полюсах Юпитера и Сатурна

Ученые наконец-то могут знать, почему Юпитер и Сатурн имеют очень разные погодные условия на их полюсах, несмотря на то, что они имеют похожие размеры и состав. Это открытие может помочь исследователям проникнуть глубоко в интерьеры этих гигантских газовых планет.

Наблюдения за двумя газовыми гигантами Солнечной системы показали, что на северном полюсе Юпитера расположен центральный полярный вихрь, окруженный восемью меньшими вихрями, в то время как Сатурн имеет один большой атмосферный вихрь над своим северным полюсом, имеющий странную шестиугольную форму.

При выполнении сложных симуляций этих типов вихрей газовых гигантов команда исследователей обнаружила, что difféренция между односоставным и многосоставным узором вихрей зависит от того, насколько "твердый" основание вихря, то есть насколько тяжелый газ в этом регионе (чем мягче газ, тем он легче). Эта "твердость" в свою очередь связана с внутренним составом газового гиганта.

"Наше исследование показывает, что, в зависимости от внутренних свойств и мягкости основания вихря, это повлияет на тип жидкостного узора, который мы наблюдаем на поверхности", - заявила член исследовательской команды Ваньинг Кан из Массачусетского технологического института. "Я не думаю, что кто-то сделал эту связь между поверхностным жидкостным узором и внутренними свойствами этих планет. Одна возможная сценария могла бы заключаться в том, что Сатурн имеет более твердое основание, чем Юпитер".

Команда Кан и ее коллег были вдохновлены проведением симуляций после просмотра изображений Юпитера, сделанных космическим кораблем Джуно, который находится на орбите самой большой планеты Солнечной системы с 2016 года, и изображений Сатурна, полученных космическим кораблем Кассини за 13 лет наблюдений до того, как он был намеренно погружен в атмосферу планеты в конце своей миссии в 2017 году.

Изображения Джуно показали巨анный масштаб полярных штормов Юпитера, которые имеют размер около 3000 миль (4800 километров) в ширину. Для сравнения, это примерно половина ширины Земли. Наблюдения Кассини за Сатурном, тем временем, показали, что один шестиугольный вихрь имеет диаметр около 18000 миль (29000 километров) в ширину.

Астрономы не знают, почему существует такая значительная разница в размерах между вихрями двух планет. "Люди потратили много времени на расшифровку различий между Юпитером и Сатурном", - сказал лидер исследовательской команды и ученый Массачусетского технологического института Цзяру Ши. "Планеты имеют примерно одинаковый размер и состоят в основном из водорода и гелия. Неясно, почему их полярные вихри так khácны".

Чтобы ответить на этот вопрос, команда разработала двухмерную модель того, как вихри на полюсах газовых гигантов, таких как Сатурн и Юпитер, будут эволюционировать со временем, применяя это к различным сценариям. Это включало изменение характеристик, таких как размеры планет, скорость их вращения, их внутреннее нагревание и твердость вращающейся жидкости внутри их вихрей.

После обеспечения того, чтобы жидкость в этих вихрях текла в случайных узорах, ученые были готовы определить, как жидкость эволюционирует при определенных условиях. Это привело к открытию, что один механизм может определить, будет ли развиваться один вихрь или несколько вихрей; чем мягче газ, вращающийся в основании вихря, тем меньше размер вихря. Это позволяет образовываться нескольким вихрям, как это наблюдается на полюсах Юпитера.

Если команда права, то это означает, что Юпитер состоит из более мягкого, следовательно, более легкого газа, в то время как Сатурн, по-видимому, состоит из более тяжелого газового материала.

"То, что мы видим на поверхности, жидкостный узор на Юпитере и Сатурне, может рассказать нам что-то о внутреннем составе, например, о том, насколько мягкое основание, и это важно, потому что, возможно, под поверхностью Сатурна внутренний состав более металлический и имеет больше конденсируемого материала, который позволяет обеспечить более сильную стратификацию, чем Юпитер", - заключил Ши. "Это добавит к нашему пониманию этих газовых гигантов".

Исследование команды было принято к публикации в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.