Новые исследования предполагают, что Большое Красное Пятно, которое мы видим на Юпитере сегодня, это совершенно другой гигантский шторм, нежели тот, который астрономы наблюдали более трех веков назад.
Частичный вид южного полушария Юпитера с Большим Красным Пятном, которое появляется на дальнем краю планеты.
Вид на южный умеренный пояс Юпитера и Большое Красное Пятно, заснятый космическим аппаратом NASA «Juno» 30 декабря 2020 года. NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Navaneeth Krishnan (CC BY 4.0)
Новые исследования предполагают, что Большое Красное Пятно, которое мы видим на Юпитере сегодня, это совершенно другой гигантский шторм, нежели тот, который астрономы наблюдали более трех веков назад.
В Солнечной системе, полной чудес, Большое Красное Пятно Юпитера всё ещё выделяется.
Этот насыщенно-красный овал очевиден даже через небольшие телескопы, выглядя как зловещий глаз, смотрящий с огромной газовой планеты. Большое Красное Пятно (БКП) настолько велико, что можно поместить в него всю Землю, и наша планета пролетела бы сквозь него, не касаясь сторон.
Оно существует уже века и хранит множество тайн, но мы всё больше узнаём о нём. Исследование, недавно опубликованное в журнале Geophysical Research Letters, указывает на то, что БКП не такое старое, как считалось ранее, и предполагает, что, хотя оно может существовать ещё много лет, его дни сочтены.
БКП — самая знаковая черта Юпитера. Я бы сказал «поверхностная» черта, но у Юпитера на самом деле нет поверхности; то, что мы видим, — это облака на вершине атмосферы, глубина которой достигает тысяч километров. БКП на самом деле является местом чрезвычайно обширной и устойчивой погоды, вращающейся в облаках планеты; технически говоря, это антициклонный вихрь — высокое давление, вращающееся против часовой стрелки, с газами, вращающимися вокруг центра со скоростью 450 километров в час. Это примерно так же быстро, как максимальные скорости ветра, когда-либо зарегистрированные в торнадо на Земле!
Этот гигантский шторм — крупнейший из известных в Солнечной системе — состоит из двух регионов. Один — это овал, состоящий из красноватых газов, а другой — окружающая белая, более тонкая полоса газа (называемая Пустотой). БКП обитает в Южном экваториальном поясе Юпитера, одном из многих поясов на лице планеты, придающих ей полосатый вид. Эти пояса — это широтные ветровые паттерны, похожие на струйные течения на Земле, но они более сложные из-за отсутствия поверхности у Юпитера, огромных конвективных потоков газов, поднимающихся и опускающихся через атмосферу, и огромных воздушных изгибов, вызванных быстрым девятичасовым и 55-минутным вращением гигантской планеты.
В отличие от ураганов на Земле, которые могут перемещаться по значительным участкам нашей планеты, штормы на Юпитере обычно остаются в своих широтных зонах, ограниченных мощными струйными течениями. Это ограничение также поддерживает БКП, делая шторм чрезвычайно долгоживущим, но его истинный возраст остаётся загадкой для астрономов.
В 1665 году итальянский астроном Джованни Кассини обнаружил тёмный овал на лице Юпитера. Его видели с перерывами до 1713 года, и записанное местоположение этого «постоянного пятна» было таким же, как и у нынешнего БКП. Кассини приписывают его открытие, хотя, возможно, его видел другой астроном в 1632 году; если это так, оно просуществовало по крайней мере 80 лет.
Несмотря на продолжающееся наблюдение за Юпитером астрономами, после 1713 года это пятно, кажется, исчезло. Следующее известное наблюдение шторма на той широте датируется 1831 годом, более чем через столетие, когда астрономы сообщили о тёмном пятне там. (Его не описывали как красное до 1870-х годов!) Это пятно — наше знакомое и любимое БКП — наблюдается с тех пор постоянно, что делает его почти 200 лет старым.
Загадка изменения размеров и форм БКП
Любопытно, что старые рисунки и даже ранние фотографии показывают БКП значительно более широким, чем оно сегодня; первая фотография, сделанная ирландским астрономом Агнес Мэри Клерк в 1879 году, показывает его как сплющенный овал с шириной от востока до запада около 40 000 километров — более чем вдвое шире, чем у более круглого шторма, который мы видим сегодня. Как-то БКП значительно меняет свою форму и сжимается за последние полтора века.
Отсюда возникает загадка. Было ли пятно, увиденное Кассини и другими в 17 веке, той же самой чертой, что и нынешнее БКП? Если нет, как кажется вероятным, распалось ли это первоначальное пятно, и возникло ли новое на том же широтном месте? И если это так, как это могло произойти, и почему эти пятна меняются в размере и форме? Помните, мы говорим о погодной системе размером с некоторые планеты.
Это и есть фокус нового опубликованного исследования. Подробные наблюдения Юпитера показывают, насколько сложной и динамичной является атмосфера гигантской планеты. Меньшие штормы формируются и растворяются, в то время как другие сливаются и растут. Многие из них длятся годами, а иногда они могут создавать намного более крупные структуры.
Авторы исследования использовали численные модели потока атмосферных газов Юпитера, решая сложные уравнения динамики жидкостей для моделирования их движения и поведения, а затем сравнивали результаты с широким диапазоном архивных измерений БКП за века. Изучая, как меняются формы таких вихрей со временем, они пришли к выводу, что постоянное пятно, увиденное Кассини, не совпадает с БКП; скорость роста в ширину пятен не совпадает.
Исследователи также моделировали разные сценарии происхождения БКП, чтобы увидеть, соответствуют ли они наблюдениям. Несмотря на распространённость слияний штормов, они не соответствуют наблюдаемым данным. Хотя они могут сливаться и формировать более крупную систему, даже четыре или пять штормов, объединяясь, не могут создать систему такой же обширной, как БКП. Кроме того, никаких таких вихрей не наблюдалось в период с 1713 по 1831 годы, и они почти наверняка были бы видны.
Другим механизмом формирования может быть супершторм, восходящий поток тёплого материала из глубин Юпитера, который пробивает облачные вершины. Такой огромный шторм вспыхнул на Сатурне в 2010 году, создавая впечатляющую погодную систему, которая угасла за год или два. Моделируя такое событие на Юпитере, учёные обнаружили, что это может сформировать один антициклонный систему, но, как и слияния вихрей, единичный восходящий поток материала не мог бы достичь размеров и формы БКП. Кроме того, никакие такие супершторма не наблюдались на Юпитере на этой широте, что усиливает вывод о том, что нечто другое должно быть причиной БКП.
Этим «нечто другим», по их мнению, может быть то, что известно как южно-тропическое возмущение. Это своего рода нарушение, которое происходит, когда поток газов в одном из поясов Юпитера простирается в северном или южном направлении, вталкиваясь в соседний пояс. Это может препятствовать потоку соседнего пояса, создавая завихрение, которое может сильно увеличиться. Учёные смоделировали этот процесс и обнаружили, что при достаточном диапазоне скоростей взаимодействующих ветров он может сформировать огромное пятно, соответствующее БКП. Важно отметить, что они обнаружили, что этот механизм также объясняет исторические и текущие изменения в размере и форме БКП.
Таким образом, они заключили, что нынешнее БКП сформировалось таким образом в 1831 году, как отдельная сущность от пятна, виденного ранее.
