Полярные вихри помогли исследовать недра Юпитера и Сатурна
Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) предложили объяснение тому, почему полярные вихри на Юпитере и Сатурне так сильно отличаются друг от друга. Результаты их работы помогают лучше понять погодные явления на поверхности газовых гигантов, а также строение их глубоких внутренних слоев. Статья с выводами ученых вышла в журнале Национальной академии наук США (PNAS).
Космические аппараты NASA уже много лет наблюдают за атмосферой этих планет. Снимки зонда Juno показали, что на северном полюсе Юпитера расположен центральный вихрь, который окружают восемь штормов меньшего размера. Диаметр каждого такого циклона составляет почти 5 тысяч километров. На Сатурне картина иная. Аппарат «Кассини» зафиксировал там один гигантский вихрь правильной шестиугольной формы, который накрывает весь полюс. Его диаметр достигает 29 тысяч километров. Астрономов давно интересовало, почему на двух газовых гигантах, которые похожи по размеру и химическому составу, формируются такие разные погодные узоры.
Все о Сатурне: из чего состоит, сколько лететь и другие факты о «Властелине колец»
Авторы нового исследования Цзяру Ши и Ваньян Кан решили найти физический механизм, который управляет этим процессом. Они создали компьютерную модель динамики жидкостей. Хотя атмосферные вихри имеют трехмерную структуру, ученые использовали двухмерное моделирование. Они посчитали, что быстрое вращение планет заставляет потоки газа двигаться равномерно вдоль оси вращения, поэтому упрощение модели до 2D допустимо. Такой подход позволил провести сотни симуляций с разными параметрами намного быстрее и дешевле, чем при трехмерных расчетах.
В ходе экспериментов исследователи меняли размер планеты, скорость вращения, температуру и плотность газов. Они запускали симуляцию со случайными движениями потоков и наблюдали, во что они превратятся со временем. Выяснилось, что решающую роль играет один параметр — свойства нижней границы вихря, или его «мягкость». Ученые сравнивают атмосферный вихрь с вращающимся цилиндром, который уходит вглубь планеты.
Интересные факты о Юпитере — самой большой планете Солнечной системы
Если основание этого условного цилиндра состоит из «мягких», более легких материалов, рост вихря ограничивается. Он не может стать слишком большим, поэтому на полюсе формируется несколько компактных циклонов, которые сосуществуют рядом друг с другом. Именно такой сценарий реализовался на Юпитере. Если же основание вихря более плотное и жесткое, шторм продолжает расти. В итоге он поглощает соседние возмущения и превращается в один массивный циклон, как это происходит на Сатурне.
Эта модель позволяет сделать выводы о внутреннем строении планет. Разница в погодных узорах на поверхности указывает на то, что недра Юпитера и Сатурна различаются сильнее, чем считалось ранее. Вероятно, на глубине Юпитер состоит из более легких материалов. Сатурн же, скорее всего, содержит внутри более тяжелые элементы и металлы, которые создают жесткое основание для его гигантского полярного шторма.
Ранее ученые выяснили, что Юпитер содержит в 1,5 раза больше кислорода, чем Солнце.
На обложке 3D-изображение Северного полюса Юпитера. Источник: NASA/JPL-Caltech/SwRI/ASI/INAF/JIRAM
Самое популярное
