Почему град на Юпитере на треть состоит из аммиака?

Французские и американские учёные выяснили, что на Юпитере идёт необычный град с высоким содержанием аммиака. К такому выводу они пришли, проанализировав данные с автоматической межпланетной станции «Юнона». Штормы поднимают кристаллы водяного льда в верхние слои атмосферы, а находящийся там аммиак выступает в роли антифриза. В результате образовавшаяся жидкость проходит через несколько слоёв атмосферы Юпитера, превращаясь сначала в град, а затем в пар.

Юпитерианский шторм. Центральная часть занимает площадь 3200 х 3800 км. Видны белые облака аммиака, вращающиеся против часовой стрелки. © NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill

Астрофизики из Национального центра научных исследований Франции (CNRS) и Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA) на основе анализа данных с космического аппарата «Юнона» обнаружили, что на Юпитере идёт град, состоящий на две трети из воды и на треть из аммиака. Об этом сообщается в научных публикациях в журналах Nature и JGR Planets.

Как и на Земле, на Юпитере происходит процесс циклического перемещения воды в атмосфере. Грозовой фронт на этой планете формируется в нижних слоях её атмосферы. Когда юпитерианский шторм набирает силу, он поднимает в верхние слои кристаллы водяного льда.

В новом исследовании французских и американских учёных высказывается предположение, что эти кристаллы взаимодействуют с находящимся в верхних слоях атмосферы аммиаком, который, в свою очередь, действует как антифриз и превращает лёд в жидкость.

Образовавшаяся жидкая смесь из 2/3 воды и 1/3 аммиака не замерзает, выдерживая охлаждение до -100 °C и в жидком виде опускается к поверхности планеты. Проходя через находящиеся под слоем аммиачного газа верхние, более холодные слои атмосферы, капли превращаются в градины, а в нижних слоях вновь расплавляются и превращаются в пар.

Исследователи разработали математическую модель, рассчитывающую состав аммиака в атмосферных слоях планеты. По их данным, наибольшая концентрация этого газа наблюдается над экватором Юпитера, тогда как в других широтах его содержание заметно снижается.

Также учёные описали вспышки молний, пойманных в объективы камер «Юноны». В отличие от более ранних наблюдений, в новом исследовании описаны даже небольшие молнии, замеченные в глубоких слоях атмосферы Юпитера, где температура ниже -66 °C, а значит, вода там не может существовать в жидком виде. При этом считается, что присутствие жидкости играет ключевую роль для процесса генерации молний.

Такое наблюдение, по мнению астрофизиков, является подтверждением существования богатой аммиаком незамерзающей воды в атмосфере планеты.

Как отмечают учёные, дальнейшее изучение метеорологии Юпитера и других, ещё не исследованных гигантов (вроде Урана и Нептуна) позволит лучше понимать процессы, происходящие на экзопланетах далеко за пределами Солнечной системы.