В клубящемся навесе атмосферы Юпитера безоблачные пятна настолько исключительны, что большие получают специальное название «горячие точки». Как именно образуются эти поляны и почему их можно найти только вблизи экватора планеты, уже давно остается загадкой. Теперь, используя снимки с космического корабля НАСА «Кассини», ученые обнаружили новые доказательства того, что горячие точки в атмосфере Юпитера создаются волной Россби, которая также наблюдается в атмосфере Земли и океанах. Команда обнаружила, что волна, ответственная за горячие точки, скользит вверх и вниз по слоям атмосферы, как карусельная лошадь на карусели.
«Это первый случай, когда кто-то внимательно отслеживает форму нескольких горячих точек за определенный период времени, что является лучшим способом оценить динамический характер этих функций», - сказал ведущий автор исследования Дэвид Чой, доктор наук, научный сотрудник НАСА. работает в Центре космических полетов имени Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд. Статья опубликована в апрельском выпуске журнала Icarus.
Чой и его коллеги снимались в замедленном темпе из сотен наблюдений, сделанных Кассини во время его облета Юпитера в конце 2000 года, когда космический корабль приблизился к планете. Фильмы показывают линию горячих точек между темным поясом Юпитера и ярко-белыми зонами, примерно в 7 градусах к северу от экватора. Охватывая около двух месяцев (по времени Земли), в исследовании рассматриваются ежедневные и еженедельные изменения размеров и форм горячих точек, каждая из которых в среднем охватывает большую площадь, чем Северная Америка.
Многое из того, что ученые знают о горячих точках, было получено в ходе миссии НАСА «Галилео», которая выпустила атмосферный зонд, спустившийся в горячую точку в 1995 году. Это было первое и пока единственное на месте исследование атмосферы Юпитера.
«Данные зондирования Галилео и несколько изображений орбитальных спутников намекали на сложные ветры, циркулирующие вокруг и сквозь эти горячие точки, и поднимали вопросы о том, являются ли они в основном волнами, циклонами или чем-то промежуточным», - сказал Эшвин Васавада, соавтор статьи, который базируется в Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, штат Калифорния, и был членом команды по созданию изображений Кассини во время полета Юпитера. «Фантастические фильмы Кассини теперь показывают весь жизненный цикл и эволюцию горячих точек в мельчайших деталях».
Поскольку горячие точки представляют собой разрывы в облаках, они обеспечивают окна в обычно невидимый слой атмосферы Юпитера, возможно, вплоть до уровня, на котором могут образовываться водяные облака. На снимках горячие точки выглядят темными, но поскольку более глубокие слои теплее, горячие точки очень яркие на инфракрасных длинах волн, где ощущается тепло; на самом деле, так они и получили свое имя.
Одна из гипотез состоит в том, что горячие точки возникают, когда большие потоки воздуха тонут в атмосфере и нагреваются или высыхают в процессе. Но удивительная регулярность горячих точек привела к тому, что некоторые исследователи подозревают, что речь идет об атмосферной волне. Как правило, от восьми до десяти горячих точек располагаются примерно равномерно, с густыми белыми облаками между ними. Эту закономерность можно объяснить волной, которая толкает холодный воздух вниз, разбивая любые облака, а затем поднимает теплый воздух, вызывая тяжелый облачный покров, видимый в перьях. Компьютерное моделирование усилило эту линию рассуждений.
Из фильмов Кассини исследователи наносили на карту ветры в каждой горячей точке и шлейфе и вокруг нее, а также изучали взаимодействие с вихрями, которые проходят мимо, в дополнение к круговоротам ветра или спиральным вихрям, которые сливаются с горячими точками. Чтобы отделить эти движения от струйного потока, в котором находятся горячие точки, ученые также отслеживали движения небольших «скутерных» облаков, похожих на перистые облака на Земле. Это обеспечило то, что может быть первым прямым измерением истинной скорости ветра реактивного потока, который был разогнан со скоростью от 300 до 450 миль в час (от 500 до 720 километров в час) - намного быстрее, чем кто-либо ранее думал. Горячие точки бродят с более неторопливым темпом около 225 миль в час (362 километра в час).
Исследуя эти отдельные движения, исследователи увидели, что движения горячих точек соответствуют образцу волны Россби в атмосфере. На Земле волны Россби играют главную роль в погоде. Например, когда взрыв холодного арктического воздуха внезапно опускается и замораживает урожай Флориды, волна Россби взаимодействует с потоком полярной струи и отклоняет его от своего обычного курса. Волна движется вокруг нашей планеты, но периодически отклоняется на север и юг.
Волна, ответственная за горячие точки, также окружает планету с запада на восток, но вместо того, чтобы блуждать с севера и юга, она скользит вверх и вниз в атмосфере. Исследователи считают, что эта волна может подниматься и опускаться на высоту от 15 до 30 миль (от 24 до 50 километров).
Новые результаты должны помочь исследователям понять, насколько хорошо наблюдения, полученные с помощью зонда Галилея, распространяются на остальную часть атмосферы Юпитера. «И это еще один шаг в ответе на другие вопросы, которые все еще окружают горячие точки на Юпитере», - сказал Чой.
