Удивительное сходство с Землей позволило наконец-то разгадать тайну циклонов Юпитера

У Земли и Юпитера не так уж много общего. Один из них относительно небольшой, каменистый и пригодный для жизни. Другой абсолютно огромен, полностью лишен твердой оболочки и бушует колоссальными штормами. И все же, если посмотреть на спутниковые снимки цветения морского фитопланктона на Земле рядом с фотографиями атмосферной турбулентности на полюсах Юпитера, то их трудно будет отличить друг от друга.

Это поразительное сходство, которое, наконец, привело нас к ответу на вопрос, что является причиной впечатляющей турбулентности на Юпитере: влажная конвекция. Это когда более теплый, менее плотный воздух поднимается вверх, и даже в небольших масштабах этого достаточно, чтобы вызвать огромные циклоны на самой большой планете Солнечной системы.

И, что удивительно, для того чтобы установить связь, понадобился ученый-океанолог.

"Когда я увидела многообразие турбулентности вокруг циклонов Юпитера со всеми нитями и мелкими вихрями, это напомнило мне турбулентность, которую вы видите в океане вокруг вихрей", - говорит океанограф Лия Сигельман из Скриппсовского института океанографии.

"Они особенно заметны на спутниковых снимках высокого разрешения, например, при цветении планктона".

Влажная конвекция была предложена в качестве механизма турбулентности Юпитера некоторое время назад, но у нас не было доступа к достаточно подробным данным, необходимым для подтверждения. Затем на сцену вышел аппарат Juno. Его орбита вокруг газового гиганта проходила вокруг полюсов, что позволило нам получить первые детальные изображения этих турбулентных регионов.

Там ученые увидели своеобразные скопления циклонов размером 5 000 километров (3 100 миль) в поперечнике, с вихрями и нитями меньшего масштаба, от 100 до 1 600 километров.

Juno оснащен двумя камерами - оптической и инфракрасной - с разрешением до масштаба 10 километров. Зигельман и ее коллеги проанализировали снимки "Юноны" северного полюса газового гиганта, используя последовательность оптических изображений для отслеживания движения облаков, что, в свою очередь, позволило оценить скорость и направление ветра.

Инфракрасные изображения позволили им увидеть температуру этих изображений; более горячие области представляют более тонкие облака, а более холодные - более толстые.

Такой уровень детализации позволил команде выяснить, как возникает турбулентность. Они обнаружили, что быстро поднимающиеся конвективные потоки горячего, менее плотного воздуха из источников менее 100 км в поперечнике переносят энергию вверх в гигантские циклоны, питая и поддерживая их. (Хотя, для полной ясности, мы до сих пор не знаем, что заставляет эти циклоны зарождаться).

Такой тип передачи энергии не наблюдался ни на одной другой планете. Интересно, что он похож на результаты исследований быстро вращающейся конвекции Рэлея-Бенара; это конвекция, при которой горизонтальный нижний слой жидкости нагревается и поднимается в более холодный верхний слой. Это сходство подтверждает модель влажной конвекции в полярных циклонах Юпитера.

Наблюдения за ветром, сделанные здесь, на Земле, показывают, что спектр кинетической энергии схож с наблюдениями на Юпитере, что говорит о том, что на обеих планетах может происходить очень похожий перенос энергии.

"Возможность изучать планету, которая находится так далеко, и находить физику, применимую там, просто восхитительна", - сказал Зигельман. Возникает вопрос: "А могут ли эти процессы происходить и на нашей планете?".

Чтобы подтвердить это, потребуются дальнейшие исследования, но в конечном итоге это может способствовать лучшему пониманию нашей родной планеты.

Исследование группы было опубликовано в журнале Nature Physics.