В бурлящей атмосфере Юпитера безоблачное участки настолько редки, что самые крупные из них получают наименование «горячих точек» (hot spots). Учёные давно задаются вопросом, как формируются эти прогалины и почему они располагаются только вблизи экватора.
Благодаря изображениям, полученным космическим аппаратом «Кассини», Дэвид Цой из Центра космических полётов НАСА им. Годдарда и его коллеги нашли новые доказательства в пользу того, что «горячие точки» в атмосфере Юпитера создаются волнами Россби — такими же, какие наблюдаются в атмосфере Земли и на поверхности океанов. По словам экспертов, «горячие точки» скользят вверх и вниз сквозь слои атмосферы, точно лошадки на карусели.
Учёные собрали несколько фильмов из сотен наблюдений, выполненных «Кассини» во время пролёта Юпитера в конце 2000 года. Специалистов интересовала линия «горячих точек» между одним из тёмных поясов планеты и ярко-белой зоной примерно в 7° к северу от экватора. На протяжении двух месяцев (по земному времени) исследователи рассматривали ежедневные и еженедельные изменения форм и размеров «горячих точек», каждая из которых в среднем больше всей Северной Америки.
В 1995 году аппарат «Галилео» отправил в одну из «горячих точек» специальный зонд. Это было первое и пока единственное исследование атмосферы Юпитера in situ. Собственно, практически всё, что мы сегодня знаем об этих областях, стало его результатом. Оказалось (и последующие наблюдения это подтвердили), что в «горячих точках» и вокруг них дуют сложные ветры. Что это — атмосферные волны, циклоны или что-то среднее?
Поскольку «горячие точки» представляют собой, по сути, разрывы в облачном покрове, сквозь них можно заглянуть в обычно невидимый слой атмосферы Юпитера — теоретически вплоть до того уровня, где формируются облака из воды. На обычных изображениях «горячие точки» выглядят мутными, но благодаря тому, что более глубокие слои теплее, они светятся в инфракрасной части спектра — именно поэтому «горячие точки» получили своё название.
Одна из гипотез гласит, что «горячие точки» возникают, когда большие массы воздуха погружаются вглубь атмосферы, нагреваясь или высыхая. Но удивительная регулярность «горячих точек» привела некоторых исследователей к предположению, что здесь не обходится без участия атмосферных волн. Как правило, 8–10 «горячих точек» выстраиваются в линию примерно на равном расстоянии, а пространство между ними занимают густые белые перистые облака. Эту закономерность можно объяснить тем, что волна, которая толкает холодный воздух вниз, разбивает тучи, а затем несёт теплый воздух вверх, вызывая формирование густых перистых облаков. Компьютерное моделирование подтвердило правоту этой гипотезы.
Просматривая фильмы из изображений «Кассини», исследователи отмечали движение ветров в и вокруг «горячих точек» и перистых облаков и обращали внимание на их взаимодействие с проходившими мимо завихрениями, а также на спиральные вихри, которые сливались с «горячими точками». Чтобы отделить эти движения от атмосферного потока, в котором пребывали «горячие точки», учёные также отследили движение перистых облаков. Результатом стало, возможно, первое прямое измерение истинной скорости атмосферных потоков, которая оказалась равной 500–720 км/ч, то есть более высокой, чем считалось ранее. «Горячие точки» по сравнению с ними неторопливы — они проходят около 362 км/ч.
Выделив эти индивидуальные движения, исследователи увидели, что движения «горячих точек» укладываются в модель волн Россби. На Земле эти волны играют важную роль в погодных явлениях. Например, когда порыв ледяного арктического ветра внезапно налетает на поля штата Флорида, это становится результатом взаимодействия волны Россби с полярным атмосферным потоком, который периодически отклоняется от своего пути вокруг планеты то на север, то на юг.
Волна, ответственная за «горячие точки» на Юпитере, огибает планету с запада на восток, но отклоняется не на север и юг, а вверх и вниз. По оценкам, её высота может меняться на 25–50 км.
Результаты исследования опубликованы в журнале Icarus.
Подготовлено по материалам Лаборатории реактивного движения НАСА.