Бурлящие облака Юпитера, образующие на его поверхности впечатляющие узоры, давно скрывают тайны газового гиганта. Подобно земным, они содержат воду, но на Юпитере их плотность и глубина настолько велики, что ни один космический аппарат до сих пор не смог заглянуть под этот плотный покров. Однако недавнее исследование, проведенное учеными из Чикагского университета и Лаборатории реактивного движения, позволило совершить прорыв в изучении планеты-гиганта.
Исследователи создали самую детализированную на сегодняшний день компьютерную модель атмосферы Юпитера, которая позволила глубже понять внутренние процессы планеты, не прибегая к рискованному погружению аппаратов в ее сокрушительные глубины. Одно из ключевых открытий помогает разрешить давний спор о составе газового гиганта. Согласно новой модели, Юпитер содержит примерно в полтора раза больше кислорода, чем Солнце. Этот результат уточняет представления ученых о том, как формировалась наша Солнечная система.
«Это давняя дискуссия в планетологии, – отмечает Джихён Ян, ведущий автор исследования. – Наша работа – свидетельство того, как вычислительные модели последнего поколения могут изменить наше понимание других планет». Пока миссия NASA «Юнона» изучает Юпитер с безопасной орбиты, собирая данные о верхних слоях атмосферы, новая модель позволяет интерпретировать эти данные и заглянуть глубже.
Атмосфера Юпитера представляет собой сложный химический лабиринт, где молекулы перемещаются между раскаленными недрами и холодными верхними слоями, вступая в тысячи реакций. Чтобы учесть эту сложность, команда ученых впервые объединила в одной модели атмосферную химию и гидродинамику. Такой подход позволяет одновременно отслеживать как химические реакции, так и движение газов, облаков и капель. «Важно объединить оба аспекта, – говорит Ян. – Химия важна, но не учитывает поведение капель или облаков. А гидродинамика сама по себе слишком упрощает химию».
Новые данные о содержании кислорода имеют решающее значение для понимания происхождения планет. Кислород на Юпитере в основном связан в молекулах воды, которая ведет себя по-разному в зависимости от температуры. Если планета формировалась далеко от Солнца, вода там существовала в виде льда, который гораздо легче «собирать» растущей планете, чем водяной пар. Уточнение этих условий помогает не только понять прошлое Юпитера, но и предсказать, какие планеты могут формироваться у других звезд и способны ли они поддерживать жизнь.
Кроме того, модель показала, что циркуляция в атмосфере газового гиганта происходит гораздо медленнее, чем считалось ранее. Вертикальное перемещение газов, по-видимому, замедлено в 35–40 раз по сравнению со стандартными предположениями. Это означает, что одной молекуле может потребоваться несколько недель, чтобы пройти через атмосферный слой, а не несколько часов. Это открытие еще раз подчеркивает, как много загадок до сих пор хранят даже ближайшие к нам планеты Солнечной системы.
