Карусель в атмосфере Юпитера

Атмосфера Юпитера очень интересна для наблюдений. Правда, наблюдателю открыт ее верхний слой, бурлящий непрерывными изменениями. Однако долгоживущее циклоническое образование, знаменитое красное пятно, меняя оттенки, сохраняет стабильность. А густая облачная пелена в районе экватора Юпитера украшена яркими прогалинами — это горячие пятнышки.

По фотографиям облачного покрова Юпитера, полученным КА "Кассини", сделаны выводы о природе необычных горячих пятнышек. Дэвид Цой из Центра космических полетов НАСА им. Годдарда, руководитель исследования, и круг его соавторов предложили совершенно новые варианты понимания того, что представляют собой эти "горячие точки".

По их мнению, это проявление в атмосфере Юпитера волн Россби. Они широко исследованы на Земле, это характерное волновое движение наблюдается в атмосфере Земли и на водной поверхности океанов. Их проявления похожи на движения скачущих лошадок на вращающейся карусели, это проскальзывания сверху вниз и выныривания обратно.

Из последовательности кадров специалисты сделали фильм, в которых воспроизводится мелкомасштабное и крупное движение атмосферных образований на Юпитере при пролете миссии "Кассини" в конце 2000 года. Особое внимание привлекла последовательность "горячих точек" между одним из темных протяженных поясов в атмосфере и выделяющейся ярко-белой зоной, расположенной на 7° к северу от экватора.

"Яркие пятнышки" размером с крупный земной материк каждое были изучены по изменениям их форм и величин в течение двухмесячного срока (по земным меркам времени); наблюдения были ежедневными, с усреднениями за неделю. КА "Галилео" еще в 1995 году погрузил исследовательский зонд в атмосферу Юпитера, а именно — в пресловутую горячую точку. Произошло первое (и пока единственное до сих пор) прямое исследование атмосферы Юпитера.

С тех пор не возникло подобной возможности исследовать атмосферу планеты-гиганта in situ. В последующих дистанционных наблюдениях было выяснено, что очень сложная ветровая динамика свойственна ветрам "горячих точек". Циклонические вихри и атмосферные волновые явления дают в совокупности очень сложную картину. Разрывы облачных покровов обнажают более глубокие атмосферные слои. Там могут формироваться облака из паров воды. На снимках в видимой части спектра контраст невелик, но в инфракрасной части спектра разрывы гораздо более яркие — они существенно теплее, поэтому их назвали "горячими точками".

Возможно, что они появляются при погружении атмосферных масс вглубь, когда они нагреваются и утрачивают влагу. О волновой их природе намекает регулярность расположения на диске. Обычно до десятка "горячих точек" располагаются по прямой линии на равных расстояниях друг от друга, а между ними видны густые белые перистые облака.

Динамика этих образований трактуется так: волновое движение холодного газа вниз разбивает облачный покров, причем вверх устремляется более легкий теплый газ, при остывании которого формируются густые перистые облака. Эту схему подтверждает проведенное компьютерное моделирование. Просмотр фильмов, смонтированных из моментальных последовательно снятых кадров КА "Кассини", оживил перед глазами исследователей огромную атмосферу Юпитера.

Стали заметны завихрения вокруг "горячих точек" и перистых облаков, взаимное влияние завихрений в потоках, а также спиральные вихри, сливающиеся с "горячими точками". Верхний слой перистых облаков служил движущейся системой координат, на которой отчетливее выделялись вариации потока с яркими "горячими точками". Впервые измерили истинную скорость потоков — 500-720 км/ч, более высокую, чем ожидаемая.

"Горячие точки" движутся гораздо медленнее — их скорость определена равной 362 км/ч. Индивидуальные движения, выделенные в потоках юпитерианской атмосферы, явно показывали, что движения "горячих точек" соответствуют в модели волн Россби. На Земле исследована их важная роль во внезапных изменениях погоды.

Именно волны Россби взаимодействуют с полярным атмосферным потоком, иногда внезапно отклоняя его на юг, и это вызывает резкое похолодание в цветущей Флориде, затем возвращают движение в северном направлении.

Волна Россби, генерирующая "горячие точки" на Юпитере, обходит планету с запада на восток, но отклоняется не в северном и южном направлении, а совершает ныряющее движение вверх и вниз, амплитуда погружения варьирует от 20 до 50 км.

Подготовлено по материалам Лаборатории реактивного движения НАСА