В то время как Большое красное пятно на Юпитере было постоянным явлением на планете на протяжении веков, астрономы Калифорнийского университета в Беркли обнаружили столь же крупные пятна на северном и южном полюсах планеты, которые появляются и исчезают, казалось бы, случайным образом.
Овалы размером с Землю, которые видны только в ультрафиолетовом диапазоне, находятся в слоях стратосферной дымки, покрывающей полюса планеты. Тёмные овалы, если их можно увидеть, почти всегда находятся прямо под яркими полярными зонами на каждом полюсе, которые похожи на северное и южное сияние на Земле.
Пятна поглощают больше ультрафиолетового излучения, чем окружающая их область, из-за чего на снимках космического телескопа «Хаббл» НАСА они выглядят тёмными. На ежегодных снимках планеты, сделанных «Хабблом» в период с 2015 по 2022 год, тёмный ультрафиолетовый овал появляется в 75% случаев на южном полюсе, в то время как тёмные овалы появляются только на одном из восьми снимков северного полюса.
Тёмные ультрафиолетовые овалы указывают на необычные процессы, происходящие в сильном магнитном поле Юпитера, которые распространяются до полюсов и глубоко в атмосферу, намного глубже, чем магнитные процессы, вызывающие полярные сияния на Земле.
Тёмные ультрафиолетовые овалы были впервые обнаружены «Хабблом» в конце 1990-х годов на северном и южном полюсах, а затем на северном полюсе космическим аппаратом «Кассини», который пролетел мимо Юпитера в 2000 году, но они не привлекли особого внимания.
Однако, когда студент Калифорнийского университета в Беркли Трой Цубота провёл систематическое исследование недавних снимков, сделанных «Хабблом», он обнаружил, что они являются распространённым явлением на Южном полюсе. В период с 1994 по 2022 год он насчитал восемь южных ультрафиолетовых тёмных овалов (SUDO).
На всех 25 глобальных картах «Хаббла», на которых изображён северный полюс Юпитера, Цубота и старший автор исследования Майкл Вонг, астроном-исследователь из Лаборатории космических наук Калифорнийского университета в Беркли, обнаружили только два северных УФ-тёмных овала (NUDO).
Большинство снимков «Хаббла» были сделаны в рамках проекта «Наследие атмосфер внешних планет» (Outer Planet Atmospheres Legacy, OPAL) под руководством Эми Саймон, планетолога из Центра космических полётов имени Годдарда НАСА и соавтора статьи. С помощью «Хаббла» астрономы OPAL ежегодно наблюдают за Юпитером, Сатурном, Ураном и Нептуном, чтобы понять динамику их атмосфер и их эволюцию с течением времени.
«В первые два месяца мы поняли, что эти изображения OPAL в каком-то смысле были золотой жилой, и я очень быстро смог создать этот аналитический конвейер и отправить все изображения на обработку, чтобы посмотреть, что мы получим», — сказал Цубота, который учится на последнем курсе Калифорнийского университета в Беркли по трём специальностям: физика, математика и информатика.
«Именно тогда мы поняли, что можем заняться настоящей наукой и анализом реальных данных и начать обсуждать с коллегами, почему они появляются».
Вонг и Цубота проконсультировались с двумя экспертами по атмосфере планет — Томом Столлардом из Нортумбрийского университета в Ньюкасл-апон-Тайне в Великобритании и Си Чжаном из Калифорнийского университета в Санта-Крузе — чтобы определить, что могло вызвать появление этих областей с густой дымкой.
Столлард предположил, что тёмный овал, вероятно, создаётся вихрем, возникающим, когда линии магнитного поля планеты испытывают трение в двух очень отдалённых местах: в ионосфере, где Столлард и другие астрономы ранее обнаружили вращение с помощью наземных телескопов, и в слое горячей ионизированной плазмы вокруг планеты, который испускает вулканический спутник Ио.
Вихрь быстрее всего вращается в ионосфере, постепенно ослабевая по мере того, как достигает каждого более глубокого слоя. Подобно торнадо, опускающемуся на пыльную землю, самая глубокая часть вихря взбалтывает туманную атмосферу, создавая плотные пятна, которые наблюдали Вонг и Цубота. Неясно, поднимает ли перемешивание больше тумана снизу или создаёт дополнительный туман.
Основываясь на наблюдениях, команда предполагает, что овалы формируются в течение примерно месяца и исчезают через пару недель.
«Туман в тёмных овалах в 50 раз плотнее, чем обычно, — сказал Чжан, — что говорит о том, что он, скорее всего, образуется из-за вихревой динамики, а не из-за химических реакций, вызванных высокоэнергетическими частицами из верхних слоёв атмосферы. Наши наблюдения показали, что время и место появления этих высокоэнергетических частиц не коррелируют с появлением тёмных овалов».
Результаты — это то, что должен был выявить проект OPAL: насколько динамика атмосферы на гигантских планетах Солнечной системы отличается от того, что мы знаем на Земле.
«Изучение связей между различными слоями атмосферы очень важно для всех планет, будь то экзопланета, Юпитер или Земля», — сказал Вонг.
«Мы видим доказательства того, что процесс, объединяющий всё во всей системе Юпитера, от внутреннего динамо до спутников и их плазменных торов, от ионосферы до стратосферных туманов, помогает нам понять планету в целом».
Источник: Nature Astronomy, Калифорнийский университет в Беркли
На изображении:
Искусственно окрашенный вид Юпитера в ультрафиолетовом свете. Помимо Большого красного пятна, которое выглядит синим, в коричневой дымке на южном полюсе Юпитера можно увидеть ещё один овал. Овал, представляющий собой область концентрированной дымки, возможно, является результатом смешивания, вызванного вихрем в ионосфере планеты. Эти тёмные ультрафиолетовые овалы также периодически появляются на северном полюсе, хотя и реже.
Дополнительные материалы
