Астрономам удалось решить почти два десятилетия волновавшую их проблему, связанную с Юпитером, самой крупной планетой Солнечной системы.

Запущенная в 1997 году Европейская инфракрасная космическая обсерватория (ISO) впервые обнаружила воду в верхних слоях атмосферы четырех газовых планет – Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. С этого момента ученые стали искать возможные источники воды на этих планетах: внутренние и внешние.

Внешних не так уж и много: занести воду из космоса на планету могут лишь частицы межпланетной пыли, ледяные кольца и спутники, а также столкновения с кометами.

В 2011 году при помощи инфракрасной космической обсерватории Herschel удалось доказать, что источником воды в атмосфере Сатурна является его ледяной спутник Энцелад, он же проливает воду на соседний спутник Титан.

И если происхождение воды на Уране и Нептуне остается загадкой, то недавно астрономы решили пролить свет на происхождение воды в атмосфере Юпитера.
Вскоре после запуска ISO ученые заподозрили, что воду на Юпитер могла занести комета Шумейкеров-Леви (D/1993 F2), чье фееричное падение на Юпитер наблюдалось с Земли в течение недели в июле 1994 года.

Тогда в атмосферу планеты-гиганта упал 21 осколок этой кометы, за год до этого расколовшейся на части. Прежде предположение о кометном происхождении воды на Юпитере базировалось лишь на косвенных доказательствах, например — содержании углекислого газа, который может появляться благодаря фотохимическим превращениям воды.

Проблема состояла в отсутствии инфракрасных наблюдений Юпитера в дошумейкеровскую эпоху. «Мы страстно ждали наблюдений Юпитера при помощи обсерватории Herschel», — говорит Тибо Кавалье, автор исследования, опубликованного в журнале Astronomy & Astrophysics.

«Телескоп имеет уникальную комбинацию инструментов, которая позволила нам создать трехмерную реконструкцию содержания воды в стратосфере: мы смогли картировать ее распределение по всему диску планеты и получить вертикальный профиль», — пояснил астроном.

Первые наблюдения при помощи спектрографа PACS были сделаны еще в 2009 году. «Эти наблюдения еще не были оптимизированы для наших целей, но они показали ассиметричное распределение воды по диску. Этот первый намек на то, что в южном полушарии воды больше, чем в северном, сподвиг нас на дальнейшие исследования», — рассказал Пол Хэртоу, соавтор работы из Института изучения Солнечной системы имени Макса Планка.

В 2010 году при помощи того же прибора на борту Herschel по 400 точкам была построена точная карта излучения Юпитера на волне 66,4 микрон – одной из спектральных линий воды.

«Ассиметрия между двумя полусферами говорит о том, что вода была привнесена благодаря разовому событию, это исключает участие ледяных лун или колец. Локальные источники давали бы постоянный приток воды, который с годами привел бы к симметричному ее распределению. В зависимости от того, переносится вода в нейтральной форме или в виде ионов, локальные источники повышали бы ее концентрацию либо на полюсах, либо на экваторе», — пояснил Кавалье.

При помощи другого спектрометра HIFI ученые смогли построить профили распределения воды по высоте атмосферы в 25 точках диска Юпитера.

«Они стали главной уликой, исключающей другие возможные источники. Это стало доказательством того, что как минимум 95% воды, сегодня существующей в стратосфере Юпитера, занесено кометой Шумейкеров-Леви», — объяснил Хэртоу.

Данные с HIFI показали, что большая часть атмосферной воды Юпитера находится под давлением ниже 2 миллибар, что соответствует большим высотам в стратосфере. Ниже находится тропосфера, верхний слой которой создает видимую поверхность планеты. Именно этот слой препятствует проникновению воды из нижележащих слоев в стратосферу, поэтому вода в нее может быть занесена только внешними источниками. Кроме того, отсутствие воды в нижних слоях стратосферы также указывает на ее спорадическое занесение – в противном случае она успела бы распространиться более равномерно.

«Поскольку большая часть воды в атмосфере Юпитера занесена в ходе единичного события в прошлом, мы ожидаем, что ее содержание будет со временем убывать. При помощи шведского космического аппарата Odin мы намерены следить за этим убыванием», — поделился планами Кавалье. Ученые надеются, что достаточное количество воды в атмосфере газового гиганта сохранится к 2030 году, когда к Юпитеру долетит европейский зонд Jupiter Icy moons Explorer (JUICE). Автор: Павел Котляр