Газові велетні, а саме Юпітер і Сатурн, мають подібний хімічний склад, проте їхні полярні шторми відрізняються. Науковці дізналися, що ці утворення здатні розповісти про глибинну структуру цих планет.
Сатурн / © NASA
Юпітер і Сатурн мають багато загальних рис: їхня структура в основному складається з водню та гелію, вони обертаються з майже ідентичною швидкістю та виділяють значну кількість внутрішньої теплової енергії. Обидві планети також славляться своїми екстремальними погодними умовами – інтенсивними вітрами, колосальними бурями та комплексними хмарними формаціями. Однак їхні полярні шторми помітно несхожі, і саме цей факт тривалий час був нерозгаданою таємницею для науковців.
Про це заявило видання Science alert.
Результати спостережень показують: на кожному полюсі Сатурна утворюється один значний стійкий вихор. На противагу цьому, на Юпітері переважає один центральний шторм, оточений поясом з декількох менших вихорів. Нова наукова робота планетологів з Массачусетського технологічного інституту пропонує розгадку цієї відмінності, пов’язуючи її з тим, як атмосферні шторми взаємодіють з більш глибокими шарами планет.
Дослідники Ванінь Кан і Цзяру Ши створили двовимірну модель динаміки поверхневої рідини, котра відтворює полярні вихори, зафіксовані космічними апаратами під час багаторічних спостережень за обома газовими гігантами. Такий підхід дозволив суттєво спростити обчислення, оскільки в системах, що швидко обертаються, рух рідини зазвичай вирівнюється уздовж осі обертання і незначно змінюється у вертикальному напрямку.
Модель продемонструвала, що велетенські шторми на газових планетах беруть свій початок з дрібніших атмосферних явищ, зокрема конвекції. У міру розвитку ці вихори стикаються з обмеженнями, які визначають їх максимальний розмір. Серед таких факторів – глибина атмосферного прошарку, інтенсивність енергетичного «стимулювання» та швидкість втрат енергії внаслідок тертя.
За результатами моделювання, атмосфера Юпітера є достатньо глибокою та енергійною, щоб породжувати декілька великих вихорів. Разом з тим, рання поява турбулентності заважає їм зливатися в один домінуючий шторм. В результаті на полюсах виникає стабільна система з декількох відокремлених вихорів, яка зберігається на видимій поверхні планети.
У випадку Сатурна ситуація інша. Модель припускає, що або атмосферне стимулювання там менш інтенсивне, або втрати енергії на тертя більші, або ж діє комбінація цих чинників. Це усуває перешкоди, котрі стримують злиття вихорів, і дозволяє їм об’єднатися в один гігантський полярний шторм. Важливу роль у цьому процесі може відігравати і щільність нижнього шару атмосфери, де зароджуються вихори.
Дослідники підкреслюють, що отримані результати не є беззаперечним доказом відмінностей у внутрішній структурі планет. Водночас вони вказують на те, що видимі атмосферні патерни можуть містити інформацію про умови глибоко під поверхнею. Зокрема, це може допомогти визначити, наскільки «м’яким» або стратифікованим є середовище, в якому формуються полярні бурі.
Науковці відзначають, що такі розбіжності можуть бути пов’язані з різним ступенем збагачення надр Сатурна більш важкими елементами та більшою кількістю конденсованої речовини. Це, в свою чергу, здатне забезпечувати сильнішу стратифікацію атмосфери в порівнянні з Юпітером і доповнювати загальне уявлення про будову газових гігантів.
Нагадаємо, астрономи виявили міжзоряний «тунель», який поєднує Сонячну систему з іншими зоряними регіонами Чумацького Шляху, що суттєво змінює уявлення про структуру найближчого до нас космічного простору.