Астрономи з’ясували, чому на полюсах Сатурна формується лише один гігантський вихор, тоді як на Юпітері їх декілька. Причиною виявилася різниця у фізичних властивостях надр цих планет, де більше розшарування сприяє злиттю вихорів в одну велику структуру, тоді як більша гомогенність призводить до формування кількох окремих вихорів. Ці результати відкривають можливість оцінювати внутрішню будову та склад газових гігантів, зокрема екзопланет, за їхніми атмосферними структурами на зображеннях. Дослідження опублікували в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.
Інфрачервоне зображення численних штормів на полюсі Юпітера. NASA / JPL-Caltech / SwRI / ASI / INAF / JIRAM
Якими є шторми на Юпітері та Сатурні?
На полюсах газових гігантів відбуваються одні з найпотужніших атмосферних процесів у Сонячній системі. На Сатурні астрономи спостерігають лише один гігантський вихор, який має форму правильного шестикутника, і його детально вивчив апарат «Кассіні». Водночас на Юпітері, за даними місії «Юнона», замість одного шторму існує ціла система, коли один потужний центральний полярний циклон, оточений кільцем із менших циклонів — восьми на північному полюсі та п’яти на південному.
Штучно забарвлене зображення шторму на полюсі Сатурна, зроблене апаратом «Кассіні». NASA / JPL-Caltech / SSI
Довгий час Юпітер і Сатурн вважали дуже подібними, адже вони мають схожий склад, масу й належать до одного класу газових гігантів. Саме тому настільки разючі відмінності в їхніх полярних штормах залишалися без переконливого пояснення. Щоб з’ясувати причину цих відмінностей, команда науковців з Массачусетського технологічного інституту провела нове дослідження.
Що спричинило відмінності між газовими гігантами?
Дослідники припустили, що причина відмінностей Юпітера та Сатурна може ховатися не в атмосфері, а глибше, у внутрішній будові планет. Науковці застосували комп’ютерне моделювання, щоб простежити, як формуються та еволюціонують вихори в атмосфері. У своєму моделюванні вони змінювали властивості глибинних шарів планети, зокрема ступінь їхньої стратифікації, або розшарування, розсіювання в надрах енергії та ефективну пружність, та аналізували, як це впливає на розмір і поведінку атмосферних структур.
Виявилося, що за сильнішої стратифікації та щільності, вихор може рости, поглинати інші й зрештою перетворюватися на одну гігантську систему, як на Сатурні. За слабшої стратифікації шарів і їх щільності, вихори залишаються компактними, що дозволяє співіснувати одразу кільком стабільним штормам, як на Юпітері.
Як дослідження допоможе зрозуміти будову інших газових гігантів?
Дослідники створили модель, яка дозволяє використовувати відмінності в атмосферних структурах для прогнозування різниці у внутрішній будові планет. Таким чином, атмосферні шторми можуть слугувати своєрідним «вікном» у внутрішню будову газових гігантів.
Якщо ці модельні розрахунки підтвердяться спостереженнями, астрономи отримають новий інструмент для вивчення далеких світів. Замість того щоб відправляти до екзопланет космічні апарати, можна буде робити висновки про їхню внутрішню структуру та склад, аналізуючи зображення їхніх атмосфер.
Що астрономи дізнавалися про гігантів Сонячної системи
🔵 Крижані гіганти — Уран і Нептун — виявилися майже однаковими за забарвленням: попри те, що на перших знімках Нептун здавався яскраво-синім, насправді він є блідувато-зеленим.
🪐 Газові гіганти Юпітер і Сатурн, як вважають науковці, зможуть вижити навіть після того, як Сонце загине й перетвориться на білого карлика.
🪨 А Сатурн відрізнився від Юпітера тим, що в нього нарахували ще 128 нових крихітних супутників — тепер у планети їх більше, ніж у всіх інших у Сонячній системі разом узятих.
