Ученые раскрыли загадку шестиугольных штормов Юпитера
Юпитер широко известен карнавалом хаотичных облаков и неистовых ветров. С тех пор, как космический зонд Juno прибыл на орбиту газового гиганта в 2016 году, ученые получили беспрецедентный доступ к набору данных, который помог им понять природу безумной погоды, царящей на планете.
Но вместе с ответами на старые вопросы, данные Juno породили множество новых. Ранее нам не удавалось как следует рассмотреть полюса Юпитера. Однако космический зонд стал свидетелем потрясающей картины: практически идеальные многоугольники штормов окружали колоссальный ураган в центральной части.
На северном полюсе Юпитера бушуют девять циклонов: один в центре, и восемь других, аккуратно расположившихся вокруг него. Все вращаются против часовой стрелки.
На южном полюсе к 2016 году циклонов было шесть: снова один в центре и пять вокруг него. Седьмой шторм присоединился к ним где-то в 2019 году, так что теперь на юге целых шесть вихрей шестиугольной формы, окружающих центральный шторм. Эти шторма вращаются по часовой стрелке.
С 2016 года эти огромные циклоны — сравнимые по размеру с континентальной частью Соединенных Штатов – продолжают существовать автономно, без единой попытки слияния. В новой статье ученые заявили о том, что наконец нашли причину этого загадочного явления.
Климат Юпитера не похож на климат другого газового гиганта, Сатурна, у которого на каждом из полюсов всего лишь по одному огромному шторму. Он также не похож на земной климат — на нашей планете большинство циклонов формируются в тропических широтах и дрейфуют к полюсам, но рассеиваются над сушей и зонами холодного океана, прежде чем достигнут их.
Поскольку у Юпитера нет ни суши, ни холодных океанов, имеет смысл, что его штормы будут вести себя иначе, чем на Земле. Но остается вопрос — почему они не сливаются, чтобы сформировать единый циклон как на Сатурне?
Астроном Ченг Ли из Калифорнийского университета в Беркли и его коллеги из Калифорнийского технологического института провели численное моделирование конфигураций штормов и обнаружили набор условий, при которых те могут оставаться дискретными и стабильными в течение длительных периодов времени, не сливаясь в мегаструктуры.
«Мы обнаружили, что стабильность структуры в основном зависит от защиты — антициклонического кольца вокруг каждого циклона — но также и от ее глубины», — пишут исследователи в своей статье.
«Слишком слабое экранирование и малая глубина приводят к слиянию и потере многоугольного рисунка. Слишком сильное экранирование заставляет циклонические и антициклонические части вихрей разделяться. А вот промежуточное состояние приводит к появлению стабильных многоугольников».
Команда использовала уравнения, описывающие движение одного слоя жидкости на сфере, и смоделировала многоугольное расположение вихрей. Это не новый подход, однако ученые включили в свои модели полярную геометрию и бета-дрейф — тенденцию циклонов дрейфовать из-за увеличения силы Кориолиса с широтой из-за скорости ветра.
Наибольшее влияние на силу урагана оказывает явление, известное как «защита» вихрей. Она возникает, когда вихрь — в данном случае наши циклоны Юпитера — окружен кольцом, движущимся в противоположном направлении. Таким образом, каждый из циклонов, что движутся против часовой стрелки на северном полюсе, окружен мощным ветром, дующим вокруг циклона по часовой стрелке.
Если это экранирование будет слишком слабым, бури сольются. Если он будет слишком мощным, шторм и его «щит» разлетятся друг от друга, что приведет к полному хаосу.
Однако теперь перед исследователями возник ряд новых загадок. Как именно образуются шестиугольные штормы? Почему количество циклонов не увеличивается со временем? В будущем понадобится еще целая серия виртуальных экспериментов, чтобы ответить на эти и другие вопросы.