Облака Юпитера не такие, как мы думали. Эксперты по планетарной атмосфере изучали их в течение многих лет, открывая новые и загадочные тайны. Недавно несколько исследователей объединились, чтобы разгадать давнюю загадку этих облаков. Оказывается, они не состоят из аммиачного льда, как все думали годами. Вместо этого они кажутся в основном смесью смога и гидросульфида аммония. Это соединение образуется в атмосфере, когда сероводород проходит через аммиак.
Большинство из нас знакомы с облаками Юпитера и знают, что в их формировании участвуют аммиак и вода. Выпадают осадки, то есть аммиак и другие вещества «выпадают дождем». Затем они испаряются. Считается, что большая часть видимых нами облаков состоит в основном из аммиачного льда, загрязненного другими материалами, придающими облакам цвет. Аммиак является важным «индикатором» активности в атмосфере Юпитера, и ученые изучали его присутствие в течение многих лет. Большинство этих измерений происходит с помощью приборов космических кораблей и больших наземных телескопов, оснащенных специальными фильтрами и спектроскопами. Однако даже эти наблюдения ограничены, когда дело доходит до определения их положения в атмосфере. Кроме того, временной охват ограничен.
Получаем время для наблюдения, чтобы отследить наличие аммиака, а космических кораблей осталось не так много. Плюс методы анализа наблюдений сложны и трудоемки. Что, если бы существовал быстрый и экономичный способ непрерывного наблюдения за облаками Юпитера? Могут ли меньшие телескопы, используемые астрономами-любителями, быть достаточно эффективными, чтобы отслеживать изменения количества аммиака в облаках Юпитера и над ними с течением времени? Если это так, то это заполнит огромный пробел в наблюдениях за атмосферой Юпитера.
Измерение этих облаков
Сага об облаках Юпитера началась, когда доктор Стивен Хилл, эксперт по прогнозированию космической погоды, попробовал новый подход и провел наблюдения за облаками газового гиганта на заднем дворе в 2020-2021 и 2022-2023 годах. Ему удалось сравнить изображения, показывающие поглощение атмосферы газами аммиака и метана. Он также определил изменения в количестве аммиака в верхних слоях облаков и над ними.
Поскольку время на большие обсерваторские телескопы было таким дорогим, Хилл использовал 0,28-метровый телескоп Celestron Шмидта-Кассегрена, оснащенный CMOS-камерой ZWO ASI120MM. Сначала он использовал полосовой фильтр аммиака с длиной волны 647 нм. Позже он применил метановый полосовой фильтр с длиной волны 619 нм. Идея заключалась в обнаружении индивидуальных особенностей содержания аммиака. «Мне всегда нравится расширять свои наблюдения, чтобы увидеть, какие физические измерения я могу провести с помощью скромного коммерческого оборудования», — сказал Хилл. «Я надеюсь, что смогу найти новые способы для любителей внести полезный вклад в профессиональную работу. Но я определенно не ожидал такого продуктивного результата, каким оказался этот проект!»
Применение подхода Хилла к облакам Юпитера
Оказывается, метод Хилла проще и дешевле, чем более сложные методы наблюдения и статистики, которые ученые используют для картирования облаков. Его можно использовать в профессиональных исследованиях для сосредоточения внимания на конкретных регионах атмосферы. Этот подход также дает гражданским ученым с помощью телескопов домашнего типа возможность отслеживать изменения аммиака и давления в верхней части облаков в различных элементах атмосферы Юпитера. Сюда входят полосы облаков Юпитера, его быстро движущиеся небольшие штормы и даже более крупные объекты, такие как Большое Красное Пятно.
Эксперт по планетарной атмосфере, профессор Патрик Ирвин из Оксфордского университета в Англии, который вместе с Хиллом написал статью о наблюдениях, подчеркнул преимущество проведения таких наблюдений. «Я удивлен тем, что такой простой метод способен исследовать так глубоко в атмосфере и так ясно продемонстрировать, что основные облака не могут быть чистым аммиачным льдом», — сказал он. «Эти результаты показывают, что инновационный любитель, использующий современную камеру и специальные фильтры, может открыть новое окно в атмосферу Юпитера и внести свой вклад в понимание природы давно загадочных облаков Юпитера и того, как циркулирует атмосфера».
Взгляд на облака Юпитера
Первоначальные результаты Хилла показали, что облака, которые он изучал, расположены в области теплой атмосферы Юпитера, которая не позволяет существовать аммиачному льду. В своем последующем исследовании Ирвин и его коллеги применили метод Хилла к наблюдениям с помощью Multi Unit Spectroscope Explorer на Очень Большом Телескопе в Чили. Спектроскопия позволяет ученым измерять видимые световые отпечатки газов в атмосфере Юпитера и составлять диаграммы распределения аммиака и высоты его облаков. Они также смоделировали, как свет взаимодействует с этими газами и облаками, используя компьютерную модель.
Оказывается, облака Юпитера, наблюдаемые в телескоп Хилла, должны были быть намного глубже, чем считалось ранее. Они лежат в атмосферной области с более высоким давлением и более высокими температурами. Это означает, что в этом регионе слишком тепло, чтобы позволить аммиаку конденсироваться. Химические реакции, возникающие под воздействием солнечного света на газы, очень активны в атмосфере Юпитера. В небольших регионах, где конвекция (перенос тепла из одного региона в другой) особенно сильна, восходящие потоки могут быть достаточно быстрыми, чтобы образовать свежий аммиачный лед. Такие регионы действительно существуют и были обнаружены космическими аппаратами на протяжении многих лет.
Команда Ирвина предполагает, что когда влажный, богатый аммиаком воздух поднимается вверх, аммиак разрушается. Его также можно смешать с фотохимическими продуктами быстрее, чем образуется аммиачный лед. Это означает, что основной слой облаков на самом деле может состоять из гидросульфида аммония, смешанного с фотохимическими дымными продуктами. Именно это дает красный и коричневый цвета, которые мы видим на изображениях Юпитера. Этот метод также работает для наблюдений за облаками аммиака в атмосфере Сатурна. Дальнейшая работа должна помочь определить, существуют ли там такие же фотохимические процессы.
Для получения дополнительной информации
Гражданская наука раскрывает информацию о Юпитере
Облака и аммиак в атмосферах Юпитера и Сатурна, определенные на основе анализа глубины полосы наблюдений VLT/MUSE
Пространственные изменения содержания аммиака в тропосфере Юпитера по данным наземных изображений
