Южный полюс Юпитера скрывает одно из самых удивительных атмосферных явлений в Солнечной системе. На фоне знаменитых полос гигантской планеты и колоссального Большого красного пятна, группа мощных циклонов образует почти идеальный геометрический узор — шестиугольник или пятиугольник, в зависимости от периода наблюдений. Это открытие, сделанное космическим аппаратом NASA «Juno» в 2019 году, долгое время оставалось загадкой для планетологов.
Земные ураганы и юпитерианские циклоны: сходства и загадочные отличия
Эти штормы по своей природе схожи с земными ураганами, но их поведение кардинально отличается. На Земле тропические циклоны никогда не собираются у полюсов и не выстраиваются в правильные многоугольники, вращаясь вокруг общего центра. На Юпитере же они образуют стабильные геометрические кластеры. Разгадку этого феномена нашла команда исследователей под руководством профессора Калифорнийского технологического института Энди Ингерсолла, применив математические принципы, разработанные почти полтора века назад.Ингерсолл, участвующий в миссии «Juno», проводит параллели: под облачными вершинами юпитерианских бурь, вероятно, идут дожди из жидких капель, град и снег, а ветра обладают ураганной силой. Однако масштаб и эстетическое совершенство этих структур не имеют аналогов на Земле.
Компьютерное моделирование показало, что в некоторых условиях, например, на Сатурне, циклоны имеют тенденцию сливаться в один гигантский полярный вихрь, а не сохранять раздельную структуру.
Почему бури Юпитера добираются до полюса?
Как и на Земле, штормы на Юпитере зарождаются ближе к экватору и движутся к полюсам. Ключевое отличие в их судьбе. Земные ураганы рассеиваются, натыкаясь на континенты и теряя энергию из-за трения. У Юпитера же нет твёрдой поверхности — под облаками находится лишь более плотный газ. Кроме того, планета обладает огромным внутренним теплом, оставшимся со времён формирования, которое сравнимо с получаемой от Солнца энергией. Это сглаживает температурный контраст между экватором и полюсами, позволяя циклонам путешествовать на огромные расстояния.
Моделирование выявило условия, при которых юпитерианские циклоны отталкиваются друг от друга, формируя стабильный узор.
Ключ к разгадке из XIX века
Однако всё вышесказанное не объясняло, почему бури, достигнув южного полюса, выстраиваются в геометрический узор, в то время как на полюсе Сатурна, например, доминирует один гигантский циклон. Ответ исследователи нашли в работах физиков XIX века — Альфреда Майера и лорда Кельвина.
В 1878 году Майер проводил эксперимент с круглыми магнитами, плавающими в воде. Он обнаружил, что магниты самопроизвольно организуются в правильные многоугольники, форма которых зависела от их количества. Лорд Кельвин позднее разработал математическую модель, объясняющую это поведение.
«Люди ещё в XIX веке размышляли о том, как вращающиеся частицы жидкости могут самоорганизовываться в многоугольники, — отмечает Ингерсолл. — Но никто не думал применить эти идеи к планетарным масштабам».
Антициклоническое кольцо — стабилизирующий фактор
Используя уравнения мелкой воды, команда смоделировала поведение циклонов на полюсе Юпитера. Первые прогоны модели подтверждали общепринятую теорию: под действием вращения планеты вихри должны были сливаться. Прорыв произошёл, когда исследователи учли влияние окружающих потоков.
Ведущий автор исследования Чэн Ли объясняет: стабильная геометрическая конфигурация, как на Юпитере, возникает, если каждый циклон окружён кольцом ветров, вращающихся в противоположном направлении — так называемым антициклоническим кольцом. Это кольцо действует как защитный барьер, заставляя штормы отталкиваться друг от друга, а не объединяться.
Ингерсолл подчёркивает, что изучение экзотической погоды других планет, таких как Юпитер, позволяет проверять и уточнять фундаментальные метеорологические теории, применимые и к Земле. «Другие планеты демонстрируют гораздо более широкий спектр атмосферных явлений, — говорит он. — Изучая их, мы проверяем границы нашего понимания».
***
Фотографии взяты из открытых источников, с сервиса Яндекс.Картинки
Подписывайся в раздел. Впереди много интересной информации.