Экваториальные ветры планет-гигантов: единый механизм

Представьте себе ветра, способные пронестись над планетой со скоростью, превышающей две тысячи километров в час — это самые стремительные потоки воздуха в Солнечной системе. Они бушуют в атмосферах далеких планет-гигантов, скрытых завесой облаков и расстояния. Долгое время эти экваториальные струйные течения представляли для ученых одну из самых интригующих загадок: почему на одних планетах, таких как Юпитер и Сатурн, эти чудовищные ветра несутся на восток, а на других — Уране и Нептуне — яростно дуют в противоположном, западном направлении? Казалось, что при схожих условиях — колоссальных размерах, быстром вращении и малом количестве солнечного тепла — природа должна была выбрать единый сценарий. Разгадка этой многолетней тайны, похоже, наконец найдена международной командой астрономов, предложившей элегантное и универсальное объяснение для всех четырех планет сразу.

Ключевым открытием группы под руководством Керен Дьюер-Милнер из Лейденской обсерватории и SRON стало то, что один и тот же фундаментальный процесс — быстровращающаяся конвекция — может быть ответственен за формирование как восточных, так и западных ветров. Конвекция, то есть перенос тепла посредством циркуляции вещества, является основным механизмом, с помощью которого внутреннее тепло планет-гигантов пробивается к их поверхности. Вращение планеты придает этим конвективным потокам особую структуру, организуя их в ячейки, которые действуют подобно гигантскому конвейеру, перемещающему атмосферные массы.

Моделирование глобальной циркуляции показало, что решающим фактором, определяющим направление этого «конвейера», является толщина атмосферы. Модель демонстрирует явление бифуркации: при одних и тех же базовых условиях атмосфера может стабильно существовать в одном из двух состояний, порождая либо восточные, либо западные экваториальные течения.

Согласно исследованию, более толстая атмосфера Юпитера и Сатурна приводит к формированию восточных струйных течений. В то же время более тонкая атмосфера Урана и Нептуна, которые классифицируются также как ледяные гиганты, запускает механизм, результатом которого становятся западные ветра. Таким образом, направление самых быстрых ветров в Солнечной системе напрямую связано с фундаментальным параметром — толщиной газовой оболочки планеты.

Это открытие имеет далеко идущие последствия. Во-первых, оно разрешает давний парадокс, показывая, что разные направления ветров не требуют принципиально разных механизмов, а являются двумя сторонами одной медали, двумя возможными режимами работы единой системы. Простота и универсальность предложенной модели делают ее чрезвычайно ценной.

В настоящее время ученые проверяют свою теорию, анализируя данные, полученные космическим аппаратом «Юнона», который изучает Юпитер. Поиск следов описанного конвективного механизма в реальных наблюдениях станет критически важным подтверждением гипотезы.

Но возможно самое захватывающее применение эта модель найдет за пределами Солнечной системы. Понимание того, как толщина атмосферы определяет климатические режимы гигантских планет, дает астрономам мощный новый инструмент для интерпретации данных об экзопланетах.

Теперь, наблюдая за далеким газовым гигантом у другой звезды, ученые могут, основываясь на определенных характеристиках, строить предположения о структуре его атмосферы и доминирующих ветрах. Это открытие приближает нас к пониманию не только наших космических соседей, но и к осмыслению невероятного разнообразия планетарных климатов по всей Галактике.