Независимо от того, какой размер имеет газовый гигант, его атмосфера очень протяжная и бурная. Недавно ученые разработали единственную модель, которая может предусмотреть ураганы и полосы облаков на любой подобной планете.
Экваториальные струи
Одно из наиболее заметных свойств гигантских планет в нашей Солнечной системе — Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна — это чрезвычайно сильные ветры, наблюдающиеся вокруг их экваторов. В то время как на некоторых из этих гигантов экваториальные ветры направлены на восток, на других существует западная струя. Впервые международная группа ученых под руководством Лейденской обсерватории и SRON смогла разъяснить ветры на всех гигантских планетах с помощью одной модели.
Так называемая быстро вращающаяся конвекция в атмосферах гигантских планет может играть ключевую роль в формировании как восточных, так и западных струй. Это обнаружила команда астрономов под руководством постдокторанта Керен Дюер-Мильнер из Лейденской обсерватории и SRON.
Используя модели глобальной циркуляции, команда установила, что разницы в атмосферной глубине могут формировать восточные струи на Юпитере и Сатурне и западные струи на Уране и Нептуне. Система демонстрирует так называемую бидирекционность: в тех же условиях атмосфера может прийти в одно из двух стабильных состояний — либо восточные, либо западные экваториальные токи, — устанавливая прямую связь между направлением токов и глубиной атмосферы.
Самый быстрый ветер и вращательная конвекция в атмосферах гигантских планет
В течение десятилетий ученые были заинтересованы в механизме, приводящем в движение сверхбыстрые ветры на гигантских планетах со скоростью от 500 до 2000 км/ч. Струи воздуха являются самым быстрым ветром, наблюдаемым в Солнечной системе, и значительно превышают типичные скорости ветра на Земле.
Особенно загадочно было то, что на Юпитере и Сатурне ветры дуют на восток, тогда как на Уране и Нептуне — на запад. Основные факторы, которые могут влиять на потоки ветра на этих планетах, считаются похожими. Планеты получают мало солнечного света, имеют умеренный внутренний источник нагрева и быстро вращаются. Нет известных сил, которые могли бы объяснить разное направление ветра. До сих пор считалось, что разное направление струйных ветров обусловлено разными механизмами, приводящими в движение.
Теперь Дюер-Милнер и его коллеги обнаружили, что быстро вращающиеся конвекционные клетки на экваторе могут действовать как «транспортер» на поверхности, двигая струи ветра как на восток, так и на запад на разных планетах. Конвекция — это процесс, который благодаря циркуляции может переносить тепло в атмосфере или жидкости. Считается, что это основной процесс, посредством которого тепло из недр газовых планет переносится на их поверхность.
Единая модель
Исследователи заявляют, что их модель показывает, что на Уране и Нептуне действует тот же механизм образования экваториальных струй, что и на газовых гигантах Юпитере и Сатурне. Эта единственная модель дает простое объяснение сложному феномену. Ученые теперь используют измерения по космическому аппарату Juno, чтобы найти доказательства существования предложенного механизма в атмосфере Юпитера.
Дуэр-Милнер надеется, что их результаты можно будет применить к планетам вне нашей Солнечной системы. «Понимание этих ветров чрезвычайно важно, поскольку это помогает понять фундаментальные процессы, определяющие атмосферу планет, не только в нашей Солнечной системе, но и во всей Галактике. Это открытие дает нам новый инструмент для понимания разнообразия атмосфер и климатов планет по всей Вселенной», — говорит она.
По материалам phys.org
