Физика океана объясняет циклоны на Юпитере

Ведущий автор Лия Зигельман, физик-океанограф и научный сотрудник Института океанографии Скриппса Калифорнийского университета в Сан-Диего, решила продолжить исследование после того, как заметила, что циклоны на полюсе Юпитера схожи с океанскими вихрями, которые она изучала в свое время. Используя множество изображений и принципов, используемых в геофизической гидродинамике, Сигельман с коллегами представили доказательства давней гипотезы о том, что в движение эти циклоны приводит влажная конвекция (когда поднимается более горячий и менее плотный воздух).

«Когда я увидел богатство турбулентности вокруг юпитерианских циклонов со всеми нитями и более мелкими водоворотами, это напомнило мне турбулентность, которая наблюдается в океане вокруг водоворотов», — сказала Сигельман. «Это особенно заметно, например, на спутниковых снимках цветения планктона в высоком разрешении».

Сигельман говорит, что понимание энергетической системы Юпитера, масштаб которого намного больше земного, также может помочь понять физические механизмы, действующие на нашей планете, выделив некоторые энергетические пути, которые также могут существовать на Земле.

«Возможность изучать планету, которая находится так далеко, и находить законы физики, применимые к ней, очень увлекательна», — сказала она. «Напрашивается вопрос, справедливы ли эти процессы и для нашей Земли?»

Юнона — первый космический аппарат, сделавший снимки полюсов Юпитера; предыдущие спутники вращались вокруг экваториальной области планеты, обеспечивая вид на знаменитое Большое Красное Пятно планеты. Юнона оснащена двумя системами камер, одна для изображений в видимом свете, а другая для регистрации тепловых сигнатур с помощью инструмента Jovian Infrared Auroral Mapper (JIRAM) от Итальянского космического агентства.

Ученые проанализировали массив инфракрасных изображений, на которых запечатлена северная полярная область Юпитера и, в частности, скопление полярных вихрей. По изображениям исследователи могли рассчитать скорость и направление ветра, отслеживая движение облаков между изображениями. Затем команда интерпретировала инфракрасные изображения с точки зрения толщины облаков. Горячие области соответствуют тонким облакам, где можно глубже заглянуть в атмосферу Юпитера. Холодные регионы представляют собой плотный облачный покров, покрывающий атмосферу Юпитера.

Эти результаты дали исследователям ключ к разгадке энергии системы. Поскольку облака Юпитера формируются, когда более горячий и менее плотный воздух поднимается вверх, исследователи обнаружили, что быстро поднимающийся воздух внутри облаков действует как источник энергии, который питает крупные циркумполярные и полярные циклоны.

Юнона впервые прибыла в систему Юпитера в 2016 году, предоставив ученым первый взгляд на большие полярные циклоны, радиусом около 1000 километров или 620 миль. Восемь из циклонов на северном полюсе Юпитера и пять на Южном полюсе. Эти штормы присутствовали с момента первого просмотра 5 лет назад. Исследователи не уверены, как они возникли и как долго циркулируют, но теперь знают, что их поддерживает влажная конвекция. Исследователи впервые выдвинули гипотезу об этой передаче энергии после наблюдения молний во время штормов на Юпитере.

Юнона будет продолжать вращаться вокруг Юпитера до 2025 года, предоставляя исследователям и общественности новые изображения планеты и ее обширной лунной системы.