На Юпитере обнаружена струя, изменяющая свой курс на противоположный
Реактивная струя, ускоряющаяся сквозь атмосферу высоко над экватором Юпитера с востока на запад, способно изменять направление своего движения. Причём, это явление происходит строго по определённому графику. Команда исследователей из НАСА смогла идентифицировать волновые силы, которые заставляют эту струю менять своё направление.
Подобные экваториальные реактивные струи ранее были идентифицированы на Сатурне и на Земле. Они возникали в том случае, когда особое расположение ветров сильно усложнило прогнозирование погоды в начале 2016 года. Новое исследование объединяет моделирование атмосферы Юпитера с подробными наблюдениями, проводимыми в течение пяти лет с помощью инфракрасного телескопа IRTF (Infrared Telescope Facility), расположенного на Гавайских островах. Эти результаты должны помочь учёным лучше понять динамику атмосферы Юпитера и других планет, включая тех, которые расположены за пределами Солнечной системы.
«Юпитер намного крупнее, по сравнению с Землёй, намного дальше от Солнца, вращается намного быстрее и имеет совсем другой состав. Но, как оказалось, он является превосходной естественной лабораторией для понимания этого экваториального явления», — Рик Козентино из Центра космических полётов НАСА.
Экваториальные реактивные струи на Земли были обнаружены после того, как наблюдатели видели, как пепел от извержения в 1883 году вулкана Кракатау перемещались западным ветром в стратосфере — области атмосферы, которая в настоящее время считается основной для перемещения реактивных самолётов. Позже, специальные погодные баллоны зафиксировали движение ветра на восток. В конечном счёте учёные решили, что эти ветры регулярно меняли направления и оба этих наблюдения являются частью одного и того же явления.
Процесс с изменением направления движения запускает в нижних регионах стратосферы и распространяется ниже к границе с тропосферой или самому низкому уровню атмосферы. В фазе движения на восток преобладают более тёплые температуры, при движении на запад активно действуют холодные. Такая цикличность ветров называется квазидвухлетними колебаниями в атмосфере земли (quasi-biennial oscillation, QBO), один цикл длится примерно 28 месяцев. Фаза QBO влияет на транспортировку озона, водяного пара и загрязняющих примесей в верхних слоях атмосферы, а также на формирование ураганов.
Цикл Юпитера назвали подобным образом: квазичетырёхлетним колебанием или QQO, потому что он длится приблизительно четыре земных года. У Сатурна есть своя собственная версия этого явления квазипериодических колебаний с продолжительностью примерно в 15 земных лет. В целом исследователи имеют общее понимание этих образцов ветров, но всё ещё работают над пониманием того, какой вклад вносят различные типы атмосферных волн в приведение в движение колебаний, и насколько эти явления подобны друг другу.
Предыдущие исследования Юпитера идентифицировали QQO, измерив температуру в стратосфере, чтобы определить направление и скорость ветра в ней. Новый набор измерений является первым, который охватывает один полный цикл QQO и покрывает намного более крупную область Юпитера. Наблюдения простирались по большому диапазону вертикалей и охватили широты примерно от 40 градусов на севере и до 40 градусов на юге. Команда учёных удалось добиться этого благодаря установке на IRTF инструмента TEXES высокого разрешения.
«Эти измерения смогли исследовать тонкие вертикальные части атмосферы Юпитера. У предыдущих наборов данных было более низкое разрешение, поэтому сигналы были «размазаны по более толстому слою атмосферы», — Эми Саймон, соавтор работы, специалист по атмосферам планет.
Команда обнаружила, что экваториальный поток простирается довольно высоко в стратосферу Юпитера. Поскольку измерения покрыли существенно большую область, исследователи могли установить несколько видов атмосферных волн, которые вносят существенный вклад в QQO, главным драйвером таких явлений стали гравитационные волны. Эта модель подразумевает, что гравитационные волны производятся конвекцией в более низких слоях атмосферы и перемещаются в стратосферу, где вынуждают QQO изменить направление.
Результатом моделирования стало превосходное соответствие с новым набором наблюдений. Это говорит о том, что исследователям удалось правильно идентифицировать механизм. На Земле гравитационные волны являются наиболее вероятными явлениями, вынуждающими QBO изменять направление, хотя они не достаточно сильны, чтобы сделать это в одиночку.
«Посредством этого исследования мы получили лучшее понимание физических механизмов, объединяющих более низкие и верхние слои атмосферы Юпитера, и, таким образом, лучшее понимание атмосферы в целом. Несмотря на многие различия между Землёй и Юпитером, связи между нижними и верхними слоями атмосферы обеих планет подобны и обладают подобными эффектами. Мы уверены, что наша модель легко может быть применена, чтобы изучить эффекты этих механизмов на других планетах Солнечной системы и даже на экзопланетах», — Рауль Моралез-Юбериаз, второй автор работы.
По информации НАСА.