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.
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 ».
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.