Штормовая планета: почему на Юпитере появляются странные молнии
Штормы – нередкое явление в атмосфере Юпитера, поэтому ученые полагали, что на газовом гиганте должны возникать и молнии. Это предполагалось в течение длительного времени – когда же «Вояджер-1» в 1979 году приблизился к Юпитеру, гипотеза подтвердилась. Позже наличие молний в атмосфере планеты подтвердили наблюдения, сделанные зондами «Вояджер-2», «Галилео» и «Кассини». В частности, «Вояджер» детектировал низкочастотные радиосигналы, создаваемые грозовыми разрядами, – их назвали «вистлерами» (от англ. whistle – свистеть).
При этом, однако, в сравнении с молниями на Земле молнии на Юпитере имели странное отличие. «На любой планете разряды молний выступают в роли радиопередатчика – вспыхивая в небе, они передают радиоволны», – отмечает Шеннон Браун (Shannon Brown), исследователь из Лаборатории реактивного движения NASA. – Однако до исследований «Юноны» молнии на Юпитере либо детектировались оптически, либо же их сигналы обнаруживались в килогерцовом диапазоне, несмотря на то что их искали в мегагерцовом. Для объяснения этого предлагалось множество теорий, однако ни одна из них не была достаточно убедительной».
В 2018 году ученые впервые смогли детектировать электромагнитные волны, распространяющиеся в атмосфере Юпитера, в мегагерцовом диапазоне – благодаря новым высокочувствительным инструментам зонда «Юнона» (в особенности – инструменту Microwave Radiometer Instrument (MWR)). Всего, по словам Брауна, за первые восемь пролетов MWR обнаружил 377 разрядов молний в мегагерцовом и гигагерцовом диапазонах – в этих же диапазонах сигналы передают и молнии на Земле. Браун полагает, что тогда это удалось впервые из-за того, что «Юнона» подлетела к молниям как никогда близко, а также потому, что ученые обнаружили сигналы на частоте, которая легко проходит через ионосферу Юпитера.
При этом, несмотря на то что молнии на Юпитере, как оказалось, схожи с таковыми на Земле, они имеют существенное отличие. На нашей планете вспышки молний случаются чаще ближе к экватору, в то время как на Юпитере активность молний наблюдается на полюсах. Солнечное излучение больше всего нагревает экватор Земли – в экваториальной зоне потому обычно теплее и чаще наблюдается штормовая активность. На газовом гиганте же, находящемся от Солнца в пять раз дальше Земли, менее сильная солнечная радиация также в большей степени нагревает область экватора, однако это приводит к другому эффекту: в результате стабилизируется верхняя часть атмосферы Юпитера – и тепловые потоки с поверхности не движутся вверх. Полюса же планеты не подвержены такой «стабилизирующей» радиации – и тепло из недр планеты может подниматься в верхние слои атмосферы. Это, по предположению ученых, стимулирует атмосферную конвекцию, в результате которой и создаются гигантские штормы.
К слову, исследователи показали, что молнии чаще возникают в северном полушарии Юпитера. Однако с чем это может быть связано, пока не установлено.
Об исследовании, проведенном Брауном и коллегами, рассказывается в статье в журнале Nature. Однако 6 июня 2018 года была опубликована и другая работа, посвященная исследованию молний на Юпитере, – в журнале Nature Astronomy. В ней специалисты проанализировали более 1 600 сигналов, детектированных «Юноной», и установили, что частота ударов молний на Юпитере может достигать четырех ударов в секунду.