Тайна постоянно меняющихся полос Юпитера может наконец быть разгадана
Удивительно аккуратные чередующиеся полосы темных и светлых облаков планеты-гиганта периодически меняют свой внешний вид, но причина этих циклических изменений остается загадкой. Теперь, изучив данные о магнитном поле Юпитера, собранные зондом «Юнона», группа ученых из Японии, Испании и Великобритании считает, что они разгадали его. Изменения, наблюдаемые в полосах Юпитера, совпадают с магнитными колебаниями внутри газового мира. Исследование опубликовано в журнале Nature.
«Можно получить волнообразные движения в планетарном магнитном поле, которые называются крутильными колебаниями», — объясняет математик Крис Джонс из Университета Лидса в Великобритании. «Интересно то, что когда мы рассчитали периоды этих крутильных колебаний, они соответствовали периодам, которые вы видите в инфракрасном излучении Юпитера».
Какими бы тихими они ни казались, темные пояса и светлые зоны являются частью дикой погодной системы Юпитера. Они вращаются вокруг планеты-гиганта в противоположных направлениях — пояса движутся против вращения Юпитера, зоны движутся вместе с ним — и на разных высотах. Пояса являются областями апвеллинга, поэтому вершины облаков в поясах выше, чем вершины облаков в зонах нисходящих потоков.
В инфракрасном диапазоне цветовая схема обратная. Светлые полосы становятся темными, а темные полосы ярко светятся, что позволяет предположить, что облачность в поясах гораздо тоньше, чем в зонах.
На Земле есть похожие (хотя их меньше и они слабее) чередующиеся пояса атмосферной циркуляции, что позволяет предположить, что существует некоторое сходство в том, как каждый мир создает эти атмосферные особенности.
Однако погода на Юпитере настолько сильно отличается от земной, что невозможно экстраполировать то, что одна планета делает на другую. Более того, у Юпитера есть циклические изменения в его облаках, связанные с изменениями, наблюдаемыми в инфракрасных данных на глубине 50 километров под поверхностью, что озадачило ученых.
«Каждые четыре или пять лет все меняется», — говорит Джонс. «Цвета поясов могут меняться, и иногда вы видите глобальные потрясения, когда весь погодный режим немного сходит с ума, и было загадкой, почему это происходит».
Juno изучает Юпитер с 2016 года и собирает много данных о различных структурах и свойствах Юпитера. Одним из них является магнитное поле планеты — огромная магнитная структура, создаваемая динамо-машиной Юпитера, конвекционной и проводящей жидкостью, вращающейся в недрах планеты, которая преобразует кинетическую энергию в магнитную энергию.
На Земле тоже есть динамо. Одна вещь, которую производит земное динамо, — это магнитные крутильные колебания — тип магнитной «волны», которая колеблется внутрь и наружу — симметрично вокруг планетарной оси под влиянием быстрого вращения.
Изучая многолетние данные о магнитном поле, собранные Юноной, Хори и ее коллеги смогли идентифицировать признаки подобных колебаний на Юпитере. И, что интересно, они, казалось, были связаны с изменениями полос планеты и инфракрасными вариациями.
«Здесь мы предполагаем, — пишут они в своей статье, — что крутильные колебания порождают сдвиг, который нарушает медленные конвективные потоки в глубоких недрах, несущие поток тепла к видимой тропосфере».
Это может привести к серьезному нарушению погоды и изменению моделей восходящих и нисходящих потоков в облаках Юпитера. Команда также отследила высококонцентрированную область магнитного поля, называемую Большим голубым пятном, недалеко от экватора. Они обнаружили, что оно замедляется, предполагая, что начинается новое колебание.
Продолжение наблюдения за планетой, чтобы увидеть, как облака изменятся в ближайшем будущем, может помочь команде подтвердить или уточнить свою теорию и понять, как это происходит.
«Остаются неопределенности и вопросы, в частности, как именно крутильные колебания вызывают наблюдаемые инфракрасные колебания, которые, вероятно, отражают сложную динамику и реакции облаков/аэрозолей. Это требует дополнительных исследований», — говорит Хори. «Тем не менее, я надеюсь, что наша статья может также открыть окно для исследования скрытых глубин Юпитера, точно так же, как сейсмология делает это для Земли, а гелиосейсмология — для Солнца».