Атмосфера крупнейшей планеты Солнечной системы продолжает удивлять астрономов: на северном и южном полюсах Юпитера, под яркими зонами его полярных сияний, расположились огромные темные пятна, увидеть которые можно только в ультрафиолетовом диапазоне. Изучение этих овальных структур размером с Землю раскрывает сложные процессы в магнитосфере и атмосфере планеты и может привести к созданию более точных моделей атмосфер газовых гигантов.
Снимок Юпитера в ультрафиолетовом диапазоне, сделанный с помощью космического телескопа «Хаббл». На южном полюсе газового гиганта красуется гигантское овальное пятно / © Troy Tsubota and Michael Wong, UC Berkeley
Самое известное атмосферное явление пятой по удаленности от Солнца планеты — Большое красное пятно — представляет собой постоянную зону высокого давления и регулярно изменяется в размерах. Ранее Naked Science рассказывал о том, что форма и размер этого атмосферного вихря меняются в соответствии с 90-дневным циклом. Однако причины, по которым это происходит, неизвестны.
Еще Юпитер может похвастаться полярными сияниями: ионизированный газ (ионизированный водород, а также ионы серы и кислорода, выбрасываемые спутником Ио) излучает фиолетовый и (реже) синий цвет. Эти необычно яркие явления возникают в атмосфере газового гиганта в основном из-за чрезвычайно сильного магнитного поля планеты (в 10-14 раз больше магнитного поля Земли).
Теперь, анализируя данные, полученные с помощью космического телескопа «Хаббл» за период с 1994 по 2022 год, исследовательская группа из Калифорнийского университета (США) обнаружила необычные овальные структуры на северном и южном полюсах Юпитера. Пятна, видимые только в ультрафиолетовом диапазоне, как оказалось, появляются в 75 процентах случаев на южном полюсе, но крайне редко возникают на северном — зафиксировать их удалось всего в одном из восьми наблюдений.
Открытие, по мнению авторов научной работы, представленной в журнале Nature Astronomy, указывает на то, что южный полюс газового гиганта больше подвержен процессам, которые приводят к образованию пятен. Последние, как отметил ведущий автор исследования Трой Тсубота (Troy Tsubota), появляются почти всегда под яркими зонами полярных сияний Юпитера и поглощают больше ультрафиолетового излучения, чем окружающая атмосфера. Вот почему на изображениях они выглядят темнее.
Команда ученых предположила, что эти загадочные структуры возникают в результате взаимодействия магнитного поля планеты и ее атмосферы — в основе явления, вероятно, лежит мощный антициклонный вихрь, сформированный взаимодействием ионосферы Юпитера и плазменного тора, создаваемого Ио. Напомним, этот вулканически активный спутник каждую секунду выбрасывает в космическое пространство 1000 килограммов ионизированного газа, который впоследствии образует тор, окружающий газовый гигант вдоль орбиты луны.
«Этот вихрь напоминает торнадо, достигающее нижних слоев атмосферы и перемешивающее стратосферные газы. В результате этих процессов возникают густые области дымки, что может приводить к повышению концентрации аэрозолей в 50 раз по сравнению с обычным уровнем», — объяснил соавтор исследования астроном Майкл Вонг (Michael Wong).
Результаты показали, что процессы в магнитосфере Юпитера влияют на его атмосферу сильнее, чем считалось ранее: взаимодействие магнитных полей и плазменных потоков приводит к возникновению динамических процессов, формирующих вихри. Особенно контрастно наблюдаемые астрономами явления выглядят по сравнению с условиями на Земле — на нашей планете такие магнитные процессы затрагивают преимущественно верхние слои атмосферы, вызывая полярные сияния.
Астрономы отметили, что изучение связей между различными слоями атмосферы имеет важное значение для понимания динамики атмосфер любых планет, будь то Юпитер, Земля или миры за пределами Солнечной системы (экзопланеты). Дальнейшие наблюдения за полярными областями газового гиганта помогут ученым больше узнать о механизмах образования темных пятен и их влиянии на атмосферу планеты.
Открытие проходило в рамках программы OPAL (Outer Planet Atmospheres Legacy) и в будущем может привести к созданию более точных моделей атмосфер планет, позволяя лучше понять их динамику и эволюцию с течением времени.
