Тайна странных бурь на Юпитере с необычным геометрическим узором, раскрытая с помощью физиков XIX века

Тайна странных бурь на Юпитере с необычным геометрическим узором, раскрытая с помощью физиков XIX века

На южном полюсе Юпитера таится поразительное зрелище - даже для планеты-гиганта, покрытой красочными полосами, на которых красное пятно больше Земли. Внизу у южного полюса планеты, по большей части скрытой от любопытных глаз людей, находится группа бурных бурь, расположенных в необычно геометрической форме.

С тех пор как они были впервые обнаружены космическим зондом НАСА Juno в 2019 году, штормы стали загадкой для ученых. Штормы аналогичны ураганам на Земле. Однако на нашей планете ураганы не собираются на полюсах и не вращаются друг вокруг друга в форме пятиугольника или шестиугольника, как это делают любопытные штормы Юпитера.

Теперь группа исследователей, работающая в лаборатории Энди Ингерсолла, профессора планетологии Калифорнийского технологического института, обнаружила, почему штормы Юпитера ведут себя так странно. Они сделали это, используя математику, основанную на доказательстве, написанном лордом Кельвином, британским физиком-математиком и инженером, почти 150 лет назад.

Ингерсолл, которая была членом команды Juno, говорит, что штормы Юпитера удивительно похожи на те, которые обрушиваются на восточное побережье Соединенных Штатов каждое лето и осень, только в гораздо большем масштабе.

«Если вы спуститесь ниже вершины облаков, вы, вероятно, найдете жидкие капли дождя, град и снег», - говорит он. «Ветры будут ветрами ураганной силы. Ураганы на Земле - хороший аналог отдельных вихрей в этих структурах, которые мы видим на Юпитере, но здесь нет ничего более потрясающе красивого ». некоторых смоделированных условиях и на Сатурне циклонические штормы сливаются друг с другом вместо того, чтобы отталкивать друг друга.

Тайна странных бурь на Юпитере с необычным геометрическим узором, раскрытая с помощью физиков XIX века
В некоторых смоделированных условиях и на Сатурне циклонические штормы сливаются друг с другом вместо того, чтобы отталкивать друг друга

Как и на Земле, бури на Юпитере имеют тенденцию формироваться ближе к экватору, а затем дрейфовать к полюсам. Однако земные ураганы и тайфуны рассеиваются до того, как уйдут слишком далеко от экватора. Юпитер просто продолжит движение, пока не достигнет полюсов.

«Разница в том, что на Земле ураганы выходят из теплой воды и натыкаются на континенты», - говорит Ингерсолл. У Юпитера нет земли, «поэтому трение гораздо меньше, потому что не о чем тереться». Просто под облаками больше газа. Юпитер также имеет тепло, оставшееся от его образования, которое сопоставимо с теплом, которое он получает от Солнца, поэтому разница температур между его экватором и его полюсами не так велика, как на Земле ».

Тайна странных бурь на Юпитере с необычным геометрическим узором, раскрытая с помощью физиков XIX века
В некоторых экспериментальных условиях и на Юпитере циклонические бури отталкиваются друг от друга, а не сливаются.

Однако, по словам Ингерсолла, это объяснение все еще не объясняет поведение штормов, когда они достигают южного полюса Юпитера, что необычно даже по сравнению с другими газовыми гигантами. Сатурн, который также является газовым гигантом, имеет по одной огромной буре на каждом из полюсов, а не геометрически организованный набор бурь.

Ингерсолл и его коллеги обнаружили, что ответ на загадку того, почему у Юпитера есть эти геометрические образования, а у других планет нет, можно было найти в прошлом, особенно в работе, проведенной в 1878 году американским физиком Альфредом Майером и лордом Кельвином. Майер поместил плавающие круглые магниты в бассейн с водой и заметил, что они самопроизвольно выстраиваются в геометрические конфигурации, подобные тем, которые наблюдаются на Юпитере, причем формы зависят от количества магнитов. Кельвин использовал наблюдения Майера для разработки математической модели, объясняющей поведение магнитов.

«Еще в 19 веке люди думали о том, как вращающиеся частицы жидкости будут организовывать себя в многоугольники», - говорит Ингерсолл. «Несмотря на то, что было проведено множество лабораторных исследований этих жидких многоугольников, никто не подумал применить их к поверхности планеты».

Для этого исследовательская группа использовала набор уравнений, известных как уравнения мелкой воды, чтобы построить компьютерную модель того, что может происходить на Юпитере, и начала проводить симуляции.

«Мы хотели изучить комбинацию параметров, которая делает эти циклоны стабильными», - говорит Ченг Ли, ведущий автор и научный сотрудник 51 Pegasi b в Калифорнийском университете в Беркли. «Существуют устоявшиеся теории, которые предсказывают, что циклоны имеют тенденцию сливаться на полюсе из-за вращения планеты, и это то, что мы обнаружили в ходе первых пробных запусков».

В конце концов, однако, команда обнаружила, что стабильное геометрическое расположение штормов, подобное Юпитеру, могло бы сформироваться, если бы каждый шторм был окружен кольцом ветров, которое вращалось в противоположном направлении от вращающихся штормов, или так называемым антициклоническим кольцом. Наличие антициклонических колец заставляет штормы отталкивать друг друга, а не сливаться.

Ингерсолл говорит, что исследование может помочь ученым лучше понять, как ведет себя погода на Земле.

«Другие планеты обладают гораздо более широким диапазоном поведения, чем то, что вы видите на Земле, - говорит он, - поэтому вы изучаете погоду на других планетах, чтобы проверить свои теории».

***

Фотографии взяты из открытых источников, с сервиса Яндекс.Картинки

Подписывайся в раздел. Впереди много интересной информации.