Странные бури на Юпитере

С тех пор, как они были впервые обнаружены космическим зондом НАСА Juno в 2019 году, штормы стали для ученых загадкой. Штормы аналогичны ураганам на Земле. Но на нашей планете ураганы не собираются на полюсах и не кружатся друг вокруг друга в форме пятиугольника или шестиугольника, как это делают штормы Юпитера.

Исследовательская группа, работающая в лаборатории Энди Ингерсолла, профессора планетологии Калифорнийского технологического института, обнаружила, почему штормы Юпитера ведут себя так странно. Они сделали это, используя математику, основанную на доказательстве, написанном лордом Кельвином, британским физиком-математиком и инженером, почти 150 лет назад.

Ингерсолл, который был членом команды Juno, говорит, что штормы на Юпитере удивительно похожи на те, которые обрушиваются на восточное побережье Соединенных Штатов каждое лето и осень, только в гораздо большем масштабе.

Как и на Земле, штормы на Юпитере имеют тенденцию формироваться ближе к экватору, а затем дрейфовать к полюсам. Но земные ураганы и тайфуны рассеиваются до того, как уйдут слишком далеко от экватора. А юпитерианские просто продолжают движение, пока не достигнут полюса.

«Разница в том, что на Земле ураганы выходят из теплой воды и натыкаются на континенты», - говорит Ингерсолл. «У Юпитера нет земли, поэтому трение гораздо меньше. Просто больше газа под облаками. У Юпитера также есть тепло, оставшееся от его образования, сопоставимое с теплом, которое он получает от Солнца, поэтому температурная разница между экватором и полюсами не так велика, как на Земле».

Но это объяснение не объясняет поведение штормов, когда они достигают южного полюса Юпитера, что необычно даже по сравнению с другими газовыми гигантами. Сатурн, который также является газовым гигантом, имеет по одной огромной буре на каждом из полюсов, а не геометрически организованную группу бурь.

Ингерсолл и его коллеги обнаружили, что ответ на загадку того, почему у Юпитера есть эти геометрические образования, а у других планет нет, можно было найти в прошлом, особенно в работе, проведенной в 1878 году американским физиком Альфредом Майером и лордом Кельвином. Майер поместил плавающие круглые магниты в бассейн с водой и заметил, что они самопроизвольно выстраиваются в геометрические конфигурации, подобные тем, которые наблюдаются на Юпитере, причем формы зависят от количества магнитов. Кельвин использовал наблюдения Майера для разработки математической модели, объясняющей поведение магнитов.

«Еще в 19 веке люди размышляли о том, как вращающиеся частицы в жидкости будут организовываться в многоугольники», - говорит Ингерсолл. «Хотя было проведено множество лабораторных исследований этих жидких многоугольников, никто не подумал применить это к поверхности планеты».

Для этого исследовательская группа использовала набор уравнений мелкой воды, чтобы построить компьютерную модель того, что может происходить на Юпитере, и начала проводить симуляции.

«Мы хотели изучить комбинацию параметров, которая делает эти циклоны стабильными», - говорит Ченг Ли, ведущий автор. «Существуют устоявшиеся теории, предсказывающие, что циклоны имеют тенденцию сливаться на полюсе из-за вращения планеты, и это мы и обнаружили в ходе первых пробных запусков».

В конце концов команда обнаружила, что стабильное геометрическое расположение штормов, как на Юпитере, могло сформироваться, если бы каждый шторм был окружен кольцом ветров, которое вращалось в противоположном направлении от вращающихся штормов, или так называемом антициклоническим кольцом. Наличие антициклонических колец заставляет штормы отталкивать друг друга, а не сливаться.

Ингерсолл говорит, что исследование может помочь ученым лучше понять, как ведет себя погода на Земле.

«Другие планеты обладают гораздо более широким диапазоном поведения, чем то, что видим на Земле, поэтому необходимо изучать погоду на других планетах, чтобы проверить свои теории», говорит он.