Искусственно окрашенный вид Юпитера в ультрафиолетовом свете. Помимо Большого Красного Пятна, которое выглядит синим, в коричневой дымке на южном полюсе Юпитера можно увидеть еще одну овальную деталь. Овал, область концентрированной дымки, возможно, является результатом перемешивания, создаваемого вихрем выше в ионосфере планеты. Эти темные УФ-овалы также периодически появляются на северном полюсе, хотя и реже. Фото: Трой Цубота и Майкл Вонг, Калифорнийский университет в Беркли.
Хотя Большое Красное Пятно Юпитера было постоянным объектом планеты на протяжении веков, астрономы Калифорнийского университета в Беркли обнаружили одинаково большие пятна на северном и южном полюсах планеты, которые появляются и исчезают, казалось бы, случайным образом.
Овалы размером с Землю, видимые только в ультрафиолетовых волнах, окружены слоями стратосферной дымки, покрывающей полюса планеты. Темные овалы почти всегда расположены чуть ниже ярких полярных сияний на каждом полюсе, которые подобны северному и южному сиянию Земли.
Пятна поглощают больше ультрафиолета, чем окружающая их область, из-за чего на изображениях космического телескопа Хаббл НАСА они выглядят темными. На ежегодных изображениях планеты, сделанных Хабблом в период с 2015 по 2022 год, темный УФ-овал появляется в 75% случаев на южном полюсе, тогда как темные овалы появляются только на одном из восьми изображений, полученных с северного полюса.
Темные УФ-овалы намекают на необычные процессы, происходящие в сильном магнитном поле Юпитера, которое распространяется вниз к полюсам и глубоко в атмосферу, гораздо глубже, чем магнитные процессы, вызывающие полярные сияния на Земле.
Исследователи Калифорнийского университета в Беркли и их коллеги сообщили об этом явлении 26 ноября в журнале Nature Astronomy.
Темные УФ-овалы были впервые обнаружены Хабблом в конце 1990-х годов на северном и южном полюсах, а затем на северном полюсе космическим кораблем Кассини, пролетавшим мимо Юпитера в 2000 году, но они не привлекли особого внимания.
Однако когда студент Калифорнийского университета в Беркли Трой Цубота провел систематическое исследование недавних изображений, полученных Хабблом, он обнаружил, что они являются общей особенностью южного полюса — он насчитал восемь южных темных УФ-овалов (SUDO) в период с 1994 по 2022 год.
На всех 25 глобальных картах Хаббла, показывающих северный полюс Юпитера, Цубота и старший автор Майкл Вонг, младший астроном-исследователь из Лаборатории космических наук Калифорнийского университета в Беркли, обнаружили только два северных темных УФ-овала (NUDO).
Большинство изображений «Хаббла» были сделаны в рамках проекта «Наследие атмосферы внешней планеты» (OPAL), которым руководит Эми Саймон, планетолог из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА и соавтор статьи. Используя Хаббл, астрономы OPAL ежегодно наблюдают за Юпитером, Сатурном, Ураном и Нептуном, чтобы понять динамику их атмосфер и эволюцию с течением времени.
«За первые два месяца мы поняли, что эти изображения OPAL в некотором смысле подобны золотой жиле, и я очень быстро смог построить этот конвейер анализа и отправить все изображения, чтобы посмотреть, что мы получим», — сказал Цубота, который учится на последнем курсе Калифорнийского университета в Беркли по тройной специальности: физика, математика и информатика.
«Именно тогда мы поняли, что действительно можем провести хороший научный анализ и реальный анализ данных и начать говорить с сотрудниками о том, почему они появляются».
Вонг и Цубота проконсультировались с двумя экспертами по планетарным атмосферам — Томом Сталлардом из Университета Нортумбрии в Ньюкасл-апон-Тайн в Великобритании и Си Чжаном из Калифорнийского университета в Санта-Крус — чтобы определить, что может вызвать эти области густой дымки.
Сталлард предположил, что темный овал, вероятно, возбуждается сверху вихрем, возникающим, когда линии магнитного поля планеты испытывают трение в двух очень удаленных местах: в ионосфере, где Сталлард и другие астрономы ранее обнаружили вращательное движение с помощью наземных телескопов, и в слой горячей ионизированной плазмы вокруг планеты, испускаемый вулканической луной Ио.
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте обновления о прорывах, инновациях и важных исследованиях — ежедневно или еженедельно.
Вихрь быстрее всего вращается в ионосфере, постепенно ослабевая по мере достижения каждого более глубокого слоя. Подобно торнадо, приземляющемуся на пыльную землю, самая глубокая часть вихря взбалтывает туманную атмосферу, создавая плотные пятна, которые наблюдали Вонг и Цубота. Неясно, поднимает ли смешивание больше дымки снизу или создает дополнительную дымку.
На основании наблюдений команда подозревает, что овалы формируются в течение примерно месяца и исчезают через пару недель.
«Дымка в темных овалах в 50 раз толще типичной концентрации», — сказал Чжан, — «что позволяет предположить, что она, скорее всего, образуется из-за динамики закрученных вихрей, а не из-за химических реакций, вызванных высокоэнергетическими частицами из верхних слоев атмосферы. Наши наблюдения показали, что время и расположение этих энергетических частиц не коррелируют с появлением темных овалов».
Полученные результаты — это то, для чего был разработан проект OPAL: как динамика атмосферы на планетах-гигантах Солнечной системы отличается от того, что мы знаем на Земле.
«Изучение связей между различными слоями атмосферы очень важно для всех планет, будь то экзопланета, Юпитер или Земля», — сказал Вонг.
«Мы видим свидетельства процесса, связывающего все во всей системе Юпитера, от внутреннего динамо до спутников и их плазменных тории, ионосферы и стратосферной дымки. Обнаружение этих примеров помогает нам понять планету в целом».
Информация от: Калифорнийским университетом в Беркли.
