Большое красное пятно Юпитера (GRS) — одна из определяющих особенностей Солнечной системы. Это мощный шторм, который астрономы наблюдают с 1600-х годов. Однако дата его образования и долговечность являются предметом дискуссий. Наблюдали ли мы все это время одно и то же явление?
GRS — это гигантский антициклонический шторм (вращающийся против часовой стрелки), размером больше Земли. Скорость ветра превышает 400 км/ч (250 миль в час). Это символ, который люди наблюдают по крайней мере с 1800-х годов, а возможно, и раньше. Его история, как и то, как он сформировался, остается загадкой.
Его самые ранние наблюдения, возможно, были сделаны в 1632 году, когда немецкий Эбботт использовал свой телескоп, чтобы посмотреть на Юпитер. 32 года спустя другой наблюдатель сообщил, что видел движение GRS с востока на запад. Затем, в 1665 году, Джованни Кассини исследовал Юпитер в телескоп и отметил наличие шторма на той же широте, что и GRS. Кассини и другие астрономы наблюдали его непрерывно до 1713 года и назвали его Постоянным пятном.
К сожалению, астрономы потеряли это место. Никто не видел GRS в течение 118 лет, пока астроном С. Швабе не заметил четкую структуру примерно овальной формы, находящуюся на той же широте, что и GRS. Некоторые считают это наблюдение первым наблюдением текущего GRS и что шторм снова сформировался на той же широте. Но детали исчезают по мере того, как мы смотрим в прошлое. Есть также вопросы по поводу предыдущего шторма и его связи с нынешним GRS.
Новое исследование, опубликованное в журнале Geophysical Research Letters, объединило исторические записи с компьютерным моделированием GRS, чтобы попытаться понять это химерическое метеорологическое явление. Ее название — «Происхождение Большого красного пятна Юпитера», а ведущий автор — Агустин Санчес-Лавега. Санчес-Лавега — профессор физики Университета Страны Басков в Бильбао, Испания. Он также возглавляет группу планетарных наук и кафедру прикладной физики в университете.
«Большое красное пятно Юпитера (GRS) — самый большой и самый долгоживущий известный вихрь среди всех планет Солнечной системы, но время его существования обсуждается, а механизм его формирования остается скрытым», — пишут авторы в своей статье.
Исследователи начали с исторических источников, относящихся к середине 1600-х годов, сразу после изобретения телескопа. Они проанализировали размер, структуру и движение как PS, так и GRS. Но это не простая задача. «Внешний вид GRS и ее впадины на протяжении всей истории наблюдений Юпитера сильно менялся из-за изменений размера, альбедо и контраста с окружающими облаками», — пишут они.
«Из измерений размеров и движений мы пришли к выводу, что весьма маловероятно, что нынешняя GRS была PS, наблюдаемой Дж. Д. Кассини. PS, вероятно, исчезло где-то между серединой 18-го и 19-го веков, и в этом случае мы можем сказать, что продолжительность существования Красного Пятна сейчас превышает как минимум 190 лет», — сказал ведущий автор Санчес-Лавега. В 1879 году длина GRS составляла 39 000 км, а с тех пор сократилась до 14 000 км. Он также стал более округлым.
Исторические данные ценны, но сейчас в нашем распоряжении есть другие инструменты. Космические телескопы и космические корабли изучили GRS способами, которые были невообразимы для Кассини и других. «Вояджер-1» НАСА сделал наше первое детальное изображение GRS в 1979 году, когда она находилась на расстоянии чуть более 9 000 000 км от Юпитера.
После получения изображения «Вояджера» космические корабли «Галилео» и «Юнона» сделали снимки GRS. Юнона, в частности, предоставила нам более подробные изображения и данные о Юпитере и GRS. Он сделал снимки планеты с высоты всего 8000 км над поверхностью. Юнона делает необработанные изображения планеты с помощью Junocam, и НАСА приглашает всех обработать изображения, в результате чего получаются искусные изображения GRS, подобные приведенному ниже.
Юнона также измерила глубину GRS, чего не удалось достичь предыдущими усилиями. Недавно «различные инструменты на борту миссии «Юнона» на орбите вокруг Юпитера показали, что GRS неглубокая и тонкая по сравнению с ее горизонтальным размером, поскольку по вертикали ее длина составляет около 500 км», — объяснил Санчес-Лавега.
В атмосфере Юпитера есть ветры, дующие в противоположных направлениях на разных широтах. К северу от ГРС ветры дуют западного направления и достигают скорости 180 км/ч. К югу от ГРС ветры дуют в противоположном направлении со скоростью 150 км/ч. Эти ветры создают мощный сдвиг ветра, который способствует образованию вихрей.
В ходе суперкомпьютерного моделирования исследователи изучили различные силы, которые могут вызвать GRS в таких обстоятельствах. Они считали извержение гигантской супербури похожей на ту, которая случается, хотя и редко, на Сатурне. Они также исследовали явление более мелких вихрей, создаваемых сдвигом ветра, которые сливались вместе, образуя GRS. Оба они вызвали антициклонические штормы, но их формы и другие свойства не соответствовали нынешнему GRS.
«Из этих симуляций мы делаем вывод, что механизмы супершторма и слияния, хотя они и порождают единый антициклон, вряд ли сформировали GRS», — пишут исследователи в своей статье.
Авторы также отмечают, что если бы что-то из этого произошло, мы бы это увидели. «Мы также считаем, что если бы произошло одно из этих необычных явлений, то оно или его последствия в атмосфере должны были наблюдаться и сообщаться астрономами того времени», — сказал Санчес-Лавега.
Однако другие модели оказались более точными в воспроизведении GRS. Известно, что ветры Юпитера обладают нестабильностью, называемой Южным тропическим возмущением (STrD). Когда исследователи выполнили суперкомпьютерное моделирование STrD, они создали антициклонический шторм, очень похожий на GRS. STrD уловил различные ветры в регионе и заключил их в удлиненную оболочку, такую как GRS. «Поэтому мы предполагаем, что GRS сформировался из длинной ячейки, возникшей в результате STrD, которая приобрела когерентность и компактность по мере сокращения», — пишут авторы.
Моделирование показывает, что со временем GRS будет вращаться быстрее, поскольку она сжимается и станет более связной и компактной, пока вытянутая ячейка не начнет более напоминать нынешнюю GRS. Поскольку сейчас GRS выглядит именно так, исследователи остановились на этом объяснении.
Этот процесс, вероятно, начался в середине 1800-х годов, когда GRS была намного больше, чем сейчас. Это приводит к выводу, что GRS всего около 150 лет.
