Когда мы думаем о сильном ветре, мы представляем себе ураганы, срывающие крыши, или штормы, валящие деревья. Самая высокая скорость ветра, зафиксированная на Земле, — около 400 км/ч (во время торнадо в Оклахоме в 1999 году). Этого было достаточно, чтобы вырвать с корнями вековые деревья и превратить автомобили в груды металла.
Но на Нептуне ветры дуют в пять раз быстрее. Они достигают 2100 км/ч — это почти две трети скорости звука в земной атмосфере. Если бы такой ветер подул на Земле, он сравнял бы с землёй всё, что не вкопано в бетон на десятки метров вглубь.
Почему на самой дальней планете Солнечной системы, которая получает в 900 раз меньше солнечного света, чем Земля, дуют самые сильные ветры? Ответ кроется в недрах планеты, её вращении и странной атмосферной динамике.
1. Как измерили скорость ветра на Нептуне
Нептун находится слишком далеко, чтобы запустить туда зонд, который бы носился в атмосфере с анемометром. Единственный аппарат, пролетевший мимо Нептуна, — «Вояджер-2» в 1989 году.
Как измерить ветер на расстоянии 4,5 миллиарда километров?
Учёные использовали метод отслеживания облаков. Камеры «Вояджера» сфотографировали Нептун в разных фильтрах, и на снимках были видны яркие белые облака — метановые кристаллы в верхних слоях атмосферы. Сравнивая снимки, сделанные с интервалом в несколько часов, астрономы вычислили, как быстро движутся облака. Результат оказался шокирующим: в некоторых широтах облака перемещались на 2100 км/ч.
Позже наблюдения с Земли (с помощью телескопа «Хаббл» и наземных обсерваторий с адаптивной оптикой) подтвердили: ветры на Нептуне действительно самые быстрые в Солнечной системе. Они не ослабевают и не меняют скорость десятилетиями.
2. Сравнение скорости ветра на планетах
Если расположить планеты по максимальной скорости ветра, Нептун уверенно лидирует — 2100 км/ч. За ним следует Сатурн с показателем 1800 км/ч — почти догоняет Нептун. На третьем месте Уран — 900 км/ч, но его ветры дуют в противоположную сторону вращения планеты, что уникально для Солнечной системы. Юпитер заметно отстаёт: его максимальные ветры достигают 600 км/ч. На Земле самые сильные торнадо разгоняются до 400 км/ч, а обычные ураганы — до 200-300 км/ч. Венера на высоте облаков имеет ветры около 360 км/ч, но у поверхности — почти полный штиль. Марс, с его разреженной атмосферой, замыкает список: ветры там дуют со скоростью 100-150 км/ч, но этого достаточно для гигантских пылевых бурь.
Нептун получает солнечного света меньше всех планет — в 900 раз меньше Земли, а температура в верхних слоях его атмосферы опускается до -220 градусов. Однако ветры там бушуют такие, какие не снились земным метеорологам.
А знаете ли вы? На Уране ветры дуют в направлении, противоположном вращению планеты. Это уникальное явление: на всех остальных планетах ветры в основном совпадают с направлением вращения. Почему так — до сих пор неясно.
3. Почему ветры на Нептуне такие быстрые
Ответ — комбинация нескольких факторов:
Внутреннее тепло. Нептун излучает в 2,6 раза больше тепла, чем получает от Солнца. У него есть собственный внутренний источник энергии — вероятно, продолжающееся выделение тепла от гравитационного сжатия (планета медленно сжимается) или от дифференциации недр (тяжёлые элементы опускаются к центру, выделяя энергию). Это внутреннее тепло подогревает атмосферу снизу, создавая мощную конвекцию.
Отсутствие твёрдой поверхности. На Земле ветры тормозятся горами, океанами и трением о поверхность. На Нептуне твёрдой поверхности нет — только газ, который становится всё плотнее с глубиной и ничто не мешает ветрам разгоняться до экстремальных скоростей.
Быстрое вращение. Нептун делает полный оборот вокруг оси за 16 часов (Земля — за 24). Быстрое вращение создаёт кориолисову силу, которая закручивает атмосферные потоки в узкие зоны и ускоряет их.
Атмосфера без препятствий. На Юпитере и Сатурне тоже есть внутреннее тепло и быстрое вращение, но их ветры немного слабее. Почему? Возможно, из-за того, что на Нептуне отсутствуют экваториальные струйные течения, которые на Юпитере и Сатурне «съедают» часть энергии. Или из-за того, что энергия из недр выделяется более эффективно.
А знаете ли вы? Если бы на Нептуне были горы, они были бы сдуты ветрами за геологически короткое время. Но гор там нет — только газ и, возможно, жидкий океан из водно-аммиачного рассола на глубине.
4. Большое тёмное пятно и другие штормы
Как и на Юпитере, на Нептуне есть гигантские штормы — антициклоны, которые выглядят как тёмные овальные пятна на фоне голубой атмосферы.
Самое знаменитое — Большое тёмное пятно, обнаруженное «Вояджером-2» в 1989 году. Это был шторм размером с Землю, в котором ветры дули со скоростью около 2400 км/ч — ещё быстрее, чем фоновые ветры. У шторма были яркие белые «перистые» облака на краях, похожие на земные.
Когда «Хаббл» снова посмотрел на Нептун в 1994 году, Большое тёмное пятно исчезло. Позже в северном полушарии появилось другое тёмное пятно, которое затем тоже исчезло: штормы на Нептуне приходят и уходят, живя от нескольких лет до десятилетий.
В 2016-2017 годах «Хаббл» заснял новую серию тёмных пятен, а в 2020 году — ещё одну. Наблюдения показывают, что такие штормы возникают примерно раз в 4-6 лет и могут перемещаться по широте, менять форму и даже сливаться.
А знаете ли вы? В отличие от Большого красного пятна Юпитера, штормы на Нептуне недолговечны. Возможно, из-за того, что на Нептуне нет устойчивого слоя облаков, который бы подпитывал шторм энергией десятилетиями.
5. Как глубоко заходят ветры
Атмосфера Нептуна не заканчивается на уровне облаков. Она уходит вглубь на тысячи километров, постепенно переходя в слой горячего жидкого океана из воды, аммиака и метана под высоким давлением.
Ветры, которые мы видим на уровне облаков, вероятно, проникают вглубь на сотни километров. Но что происходит глубже, в мантии планеты, — неизвестно.
Компьютерные модели показывают, что быстрые струйные течения могут существовать и на глубине, но их скорость снижается по мере роста плотности. На уровне, где давление достигает тысяч бар, газ становится настолько плотным, что ветры в привычном смысле уже не существуют — скорее, медленное течение вязкой жидкости.
А знаете ли вы? Теоретически, на глубине 10 000 км под облаками Нептуна давление достигает миллионов атмосфер, а температура — тысяч градусов. Там водород и гелий переходят в сверхкритическое состояние, не имеющее чёткой границы между жидкостью и газом.
6. Как ветры влияют на погоду и климат
Быстрые ветры на Нептуне не просто перемещают облака. Они переносят тепло из внутренних слоёв в верхние, выравнивая температуру между экватором и полюсами. На Земле разница температур между экватором и полюсами огромна (десятки градусов), на Нептуне она составляет всего несколько градусов.
Ветры также создают вихри и штормы, которые являются основными видимыми деталями на однородном голубом диске планеты. Без ветров Нептун выглядел бы как бледно-голубой шар без каких-либо пятен и полос.
Долгосрочные наблюдения показывают, что ветры Нептуна меняются медленно — возможно, в 60-летнем цикле (два оборота вокруг Солнца), но для уверенных выводов данных пока недостаточно.
А знаете ли вы? В 1989 году «Вояджер» измерил скорость ветра на разных широтах Нептуна: на экваторе около 800 км/ч, на средних широтах — до 2100 км/ч. Почему так? Из-за дифференциального вращения: атмосфера на разных широтах вращается с разной скоростью.
7. Будущие исследования
Нептун — единственная планета Солнечной системы, которую посетил только один космический аппарат (и то пролётом). Ни одного орбитального аппарата, ни одного зонда в атмосфере. Всё, что мы знаем о ветрах Нептуна, основано на нескольких часах наблюдений «Вояджера» и на снимках телескопов с Земли.
В 2020-х годах учёные предложили миссию Neptune Odyssey — орбитальный аппарат с зондом для входа в атмосферу. Если её запустят в конце 2030-х, она достигнет Нептуна в 2050-х. Тогда мы, наконец, измерим скорость ветра непосредственно внутри штормов, а не только по движению облаков на снимках.
До тех пор Нептун остаётся царём ветров в Солнечной системе — самым быстрым, загадочным и почти не изученным.
Когда в следующий раз вы услышите о мощном урагане на Земле, вспомните, что на окраине Солнечной системы, в 4,5 миллиардах километров от нас, бушуют ветры, которые в пять раз сильнее. Там нет деревьев, которые могли бы сломаться, и нет домов, которые могли бы обрушиться. Только бескрайние облака метанового льда, несущиеся с невообразимой скоростью над бездной водородно-гелиевого океана.
Подпишись, если понравилась статья!