;
Наука 6 августа 2020

Ученые показали, как выглядит буря на Юпитере с градом из аммиака

Далее

Новые результаты миссии НАСА «Юнона» на Юпитере предполагают, что самая большая планета нашей солнечной системы является домом для так называемых неглубоких молний. Неожиданная форма электрического разряда, неглубокая молния, возникает из облаков, содержащих водно-аммиачный раствор, тогда как молния на Земле возникает из водяных облаков. Другие новые данные, результаты New Juno, предполагают, что сильные грозы, происходящие в атмосфере Юпитера, могут образовывать богатый аммиаком град, которые играет ключевую роль в динамике атмосферы планеты.

С тех пор, как миссия НАСА «Вояджер» впервые увидела вспышки молний на Юпитере в 1979 году, считалось, что молния на планете похожа на земную и возникает только во время гроз, где вода существует во всех ее фазах — льда, жидкости и газа. На Юпитере это приведет к тому, что бури будут на расстоянии от 45 до 65 км ниже видимых облаков, и с температурами, которые колеблются около 0 °C (температура, при которой вода замерзает). «Вояджер» и все другие миссии к газовому гиганту до «Юноны» видели молнии в виде ярких пятен на вершинах облаков Юпитера, предполагая, что вспышки возникли в глубоких водных облаках. Но вспышки молний, ​​наблюдаемые на темной стороне Юпитера эталонным устройством Juno, меняют представление ученых о погоде на газовом гиганте.

Эта иллюстрация использует данные, полученные миссией НАСА Juno, для изображения высотных электрических бурь на Юпитере. Чувствительная камера «Звездного эталона» Юноны обнаружила необычные вспышки молний на темной стороне Юпитера во время пролета космического корабля над планетой. Изображение предоставлено: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt

Ученые предполагают, что мощные грозы Юпитера выбрасывают кристаллы водяного льда высоко в атмосферу планеты более чем на 25 км над водяными облаками Юпитера. Там они сталкиваются с атмосферными парами аммиака, которые тают лед, образуя новый водно-аммиачный раствор. На такой большой высоте температура ниже -88 °C. Это слишком холодно для чистой жидкой воды.

Эта анимация переносит зрителя в смоделированное путешествие в экзотические высотные электрические бури Юпитера. Посмотрите вблизи на недавно обнаруженные вспышками неглубокого освещения Миссии Juno и погрузитесь в сильную атмосферную струю облака Наутилус. Предоставлено: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Кевин М. Гилл

На этих высотах аммиак действует как антифриз, понижая температуру плавления водяного льда и позволяя образовывать облако из водно-аммиачной жидкости. В этом новом состоянии падающие капли аммиачно-водной жидкости могут столкнуться с восходящими кристаллами водяного льда и наэлектризовать облака. Это было большим сюрпризом для ученых, поскольку водно-аммиачных облаков на Земле не существует.

Неглубокие молнии создают еще одну загадку, касающуюся внутреннего устройства атмосферы Юпитера: микроволновый радиометр Juno обнаружил, что аммиак отсутствует в большей части атмосферы Юпитера. Еще более загадочным было то, что количество аммиака изменяется по мере движения в атмосфере Юпитера.

В центре этого изображения JunoCam маленькие яркие «всплывающие» облака поднимаются над окружающими объектами. Такие облака считаются вершинами сильных гроз, вызывающих «неглубокое освещение». Предоставлено: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Кевин М. Гилл © CC BY

Раньше ученые понимали, что есть небольшие карманы с недостающим аммиаком, но никто не понимал, насколько глубоко эти карманы и что они покрывают большую часть Юпитера. Ученые изо всех сил пытались объяснить истощение аммиака только аммиачно-водяным дождем, но эта теория не подтвердилась. Ученые пришли к выводу, что твердое вещество, подобное граду, может проникнуть глубже дождевых капель и поглотить больше аммиака. После открытия неглубоких молний ученые поняли, что у них есть доказательства того, что аммиак смешивается с водой высоко в атмосфере. Молния была ключевым элементом головоломки, подчеркивают ученые.

На этом рисунке изображен эволюционный процесс «неглубокой молнии» и «грибов» на Юпитере. Изображение предоставлено: NASA/JPL-Caltech/SwRI/CNRS

Вторая статья, опубликованная вчера в Journal of Geophysical Research: Planets, предполагает странное сочетание 2/3 воды и 1/3 газообразного аммиака, которое становится семенем для юпитерианских градин. Состоящие из слоев водно-аммиачной слякоти и льда, покрытых более толстой водно-ледяной коркой, они образуются так же, как град на Земле — увеличиваясь в размерах при движении вверх и вниз в атмосфере.

В конце концов эти градины становятся такими большими, что даже восходящие потоки не могут их удержать, и они падают глубже в атмосферу, сталкиваясь с еще более высокими температурами, где они в конечном итоге полностью испаряются. Их действие уносит аммиак и воду на глубокие уровни атмосферы планеты.

Центральная часть занимает площадь 3 200 х 3 800 км. Видны белые облака аммиака, вращающиеся против часовой стрелки. Облака, поднимающиеся на 15 км над другими (исходя из отбрасываемой ими тени), видны в нескольких местах, особенно в верхней центральной части циклона. Считается, что эти штормы содержат своего рода водно-аммиачный град, характерный для атмосферы Юпитера, который уносит аммиак в глубокие слои атмосферы и может объяснять присутствие мелких вспышек молний. Предоставлено: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Кевин М. Гилл.

Объединение этих двух результатов имело решающее значение для разгадки тайны пропавшего на Юпитере аммиака. Как выяснилось, аммиак на самом деле не отсутствует; он просто переносится вниз, замаскировавшись путем смешивания с водой. Решение этой теории очень простое и элегантное: когда вода и аммиак находятся в в жидком состоянии, они невидимы для нас до тех пор, пока не достигнут глубины, на которой они испаряются, — а это довольно глубоко и недоступно для наблюдений.

Понимание метеорологии Юпитера позволяет ученым развивать теории атмосферной динамики для всех планет в нашей Солнечной системе, а также для экзопланет, обнаруживаемых за ее пределами. Сравнение того, как сильные штормы и физика атмосферы работают в Солнечной системе, позволяет ученым-планетологам проверять теории в разных условиях.

Читать также

Посмотрите, что случится, если черная дыра не будет мешать образованию звезд

Исследователи выяснили, как паразиты научились жить без кислорода

Путин разрешил сплошную вырубку лесов на Байкале. Что теперь будет?

Загрузка...