Газовые гиганты Уран и Нептун, как внешние планеты, получают от Солнца гораздо меньше энергии на единицу площади, чем Земля. Учитывая их среднее расстояние от Солнца, для Урана этот коэффициент составляет около 0,0027, а для Нептуна 0,001 энергии, достигающей Земли, можно было бы ожидать, что поэтому атмосферная активность обеих планет будет низкой. Поэтому удивительными оказались результаты миссии «Вояджер-2» в 1989 г. Атмосфера Нептуна оказалась богатой атмосферной активностью и очень сильными зональными ветрами, со скоростями более 300 м/с, гораздо более сильными, чем на Земле. Точно неизвестно, откуда берется энергия, приводящая их в движение, - достаточно ли для этого плохого солнечного нагрева,
С другой стороны, полет трехлетней давности вблизи Урана как бы свидетельствовал о малой атмосферной активности планеты, облаков наблюдалось мало, хотя и здесь ветры, связанные с их движением, достигали скорости выше 200 м/с. Разовый полет «Вояджера-2» обязательно позволял наблюдать лишь короткие фрагменты атмосферной активности, только наблюдения с помощью орбитального телескопа «Хаббл» (HST) позволяли более точно оценить глобальную атмосферную активность и определить зональные характеристики ветра для обеих планет . Они оказались похожими, несмотря на существенные различия в инсоляции — экватор Урана наклонен к орбите под углом 98 ° ( кто-то сказал, что «планета вращается как бочка»), у Нептуна эта величина составляет 28 ° .. Все эти наблюдения, равно как и состояние знаний об атмосферах и внутреннем строении обеих планет, не давали ответа на весьма принципиальный вопрос: насколько глубоко в атмосфере мы имеем дело с зональными ветрами и какое влияние, если таковое имеется, на их динамики имеют условия внутри планеты, глубоко под областями, которые можно наблюдать извне.
15 мая этого года в NatureОпубликовано исследование израильско-американской группы под руководством Йохая Каспи из Института Вейцмана в Реховоте в Израиле, в котором авторы утверждают, что атмосферная активность Урана и Нептуна, наблюдаемая извне, и зональные ветры, в частности, являются явлениями относящиеся к верхней атмосфере - они проходят в слое толщиной около тысячи километров. Этот слой содержит около 0,15 % от общей массы Урана, для Нептуна он составляет около 0,2 % от общей массы — это соответствует давлению около 2000 бар в основании слоя для Урана и 4000 бар для Нептуна. Указанное расстояние является верхним пределом — на самом деле активный слой атмосферы может быть еще тоньше. Его определили с помощью измерений гравитационного поля обеих планет, собранных во время полетов станции "Вояджер-2".
Грубо говоря, можно сказать, что наблюдаемые отклонения гравитационного поля от сферической симметрии могут быть вызваны уплощением этих планет, связанным с их вращением, а также со смещением масс в их плотных и массивных атмосферах. Для интерпретации этого типа данных необходимы знания о внутреннем строении планет, а также о структуре зональных ветров, возникающих, в том числе, из из законов гидродинамики, управляющих вращающимися газовыми гигантами. Авторы использовали ряд моделей внутреннего строения Урана и Нептуна, имеющихся в настоящее время — оказалось, что окончательные результаты относительно толщины активной части атмосферы не очень чувствительны к деталям моделей.
Оценки толщины активной атмосферы основаны на данных гравиметрических измерений "Вояджера-2", точность которых больше не может быть изменена. И, вероятно, не скоро к окрестностям Урана или Нептуна подойдет еще один зонд, отправленный с Земли. Лучше с Сатурном и Юпитером. В настоящее время в системе Сатурна находится зонд «Кассини» — завершение миссии, запланированной на 2017 год, должно быть связано с запуском зонда на низкую полярную орбиту вокруг Сатурна для проведения гравиметрических измерений, аналогичных описанные выше; в конце концов Кассини завершит свое путешествие в атмосфере Сатурна. Тем временем к Юпитеру направляется американский зонд «Юнона», запущенный в 2011 году, который, в свою очередь, должен быть выведен на низкую полярную орбиту вокруг планеты.
Необходимо в такой краткой заметке ограничиться весьма поверхностным описанием вопросов, связанных как с тонкими измерениями, так и с их интерпретацией, не говоря уже, например, об эффектах, связанных с существованием динамо и создаваемого ими магнитного поля. , или взаимная ориентация осей вращения планет и осей магнитного диполя, описывающего в первом приближении их магнитные поля. Однако, вероятно, можно ожидать, что к концу этого десятилетия мы будем знать намного больше о динамике плотных и обширных атмосфер планет-гигантов.