Установление возраста и происхождения Большого Красного Пятна Юпитера

Исследовательские сотрудники Университета Страны Басков (UPV/EHU), Политехнического университета Каталонии — BarcelonaTech (UPC) и Суперкомпьютерного центра Барселоны (CNS-BSC) проанализировали исторические наблюдения, начиная с 17 века, и разработали численные модели для объяснения долголетие и природа Большого Красного Пятна Юпитера.

Они опубликовали результаты своих наблюдений и численные модели в журнале Geophysical Research Letters.

Большое красное пятно Юпитера (GRS), популярный символ среди объектов Солнечной системы, вероятно, является самой известной атмосферной структурой. Ее большие размеры (сейчас ее диаметр равен земному) и контраст ее красноватого цвета с бледными облаками планеты делают ее объектом, который можно легко увидеть даже в небольшие телескопы.

Большое Красное Пятно Юпитера представляет собой огромный антициклонический вихрь, по периферии которого дуют ветры со скоростью 450 км/ч. Это самый большой и самый долгоживущий вихрь среди всех существующих в атмосферах планет Солнечной системы, однако его возраст является предметом споров, а механизм, приведший к его образованию, остается неясным.

Спекуляции о происхождении GRS восходят к первым телескопическим наблюдениям, сделанным астрономом Джованни Доменико Кассини, который в 1665 году обнаружил темный овал на той же широте, что и GRS, и назвал его «Постоянным пятном» (PS), поскольку оно наблюдалась им и другими астрономами до 1713 года.

Астрономы впоследствии потеряли ее из виду на 118 лет, и только в 1831 г. и в последующие годы С. Швабе снова наблюдал четкую структуру примерно овальной формы и на той же широте, что и GRS; это можно рассматривать как первое наблюдение нынешней GRS, возможно, зарождающейся GRS.

С тех пор GRS регулярно наблюдается с помощью телескопов и различных космических миссий, посетивших планету вплоть до наших дней.

В ходе исследования авторы сначала проанализировали эволюцию его размеров во времени, структуру и движения обоих метеорологических образований — бывшей ПС и ГРС; для этого они использовали исторические источники, относящиеся к середине 17 века, вскоре после изобретения телескопа.

«Из измерений размеров и движений мы пришли к выводу, что весьма маловероятно, что нынешняя GRS была ПС, наблюдаемой Дж. Д. Кассини. ПС, вероятно, исчезла где-то между серединой 18-го и 19-го веков, и в этом случае мы можем сказать, что продолжительность жизни Красного Пятна теперь превышает как минимум 190 лет», — пояснил Агустин Санчес-Лавега, профессор физики UPV/EHU и руководивший этим исследованием.

Красное Пятно, размер которого в 1879 году составлял 39 000 км по самой длинной оси, уменьшилось примерно до нынешних 14 000 км и одновременно стало более округлым.

Более того, с 1970-х годов несколько космических миссий внимательно изучали это метеорологическое явление.

Недавно «различные инструменты на борту миссии «Юнона» на орбите 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.

Чтобы выяснить, как мог образоваться этот огромный вихрь, команды UPV/EHU и UPC провели численное моделирование на испанских суперкомпьютерах, таких как MareNostrum IV BSC, входящем в Испанскую суперкомпьютерную сеть (RES), используя два типа взаимодополняющих моделей поведение тонких вихрей в атмосфере Юпитера.

На планете-гиганте преобладают мощные ветровые течения, которые текут по параллелям, чередующим свое направление с широтой.

К северу от ГРС ветры дуют в западном направлении со скоростью 180 км/ч, а на юге — в противоположном направлении, в восточном направлении, со скоростью 150 км/ч. Это создает огромный сдвиг скорости ветра с севера на юг, который является основным компонентом, позволяющим вихрю расти внутри него.

В ходе исследования был изучен ряд механизмов, объясняющих происхождение GRS, включая извержение гигантской супербури, похожей на те, которые редко наблюдаются на планете-близнеце Сатурна, или слияние множества меньших вихрей, вызванных сдвигом ветра.

Результаты показывают, что хотя в обоих случаях формируется антициклон, но по форме и динамическим свойствам он отличается от современного GRS.

«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.

В третьей серии численных экспериментов исследовательская группа изучила генерацию GRS из-за известной нестабильности ветров, которая, как полагают, способна создавать удлиненную ячейку, которая окружает и удерживает их. Такая ячейка могла бы быть прото-GRS, зарождающимся Красным Пятном, последующее сжатие которого привело бы к появлению компактного и быстро вращающегося GRS, наблюдаемого в конце 19 века. Образование крупных вытянутых ячеек уже наблюдалось при возникновении других крупных вихрей на Юпитере.

«В ходе нашего моделирования суперкомпьютеры позволили нам обнаружить, что удлиненные ячейки стабильны, когда они вращаются вокруг периферии GRS со скоростью ветров Юпитера, как и следовало ожидать, когда они формируются из-за этой нестабильности», — сказал Энрике Гарсиа-Мелендо. , научный сотрудник кафедры физики СКП.

Используя два разных типа численных моделей, одну на UPV/EHU, а другую на UPC, исследователи пришли к выводу, что если скорость вращения прото-GRS ниже, чем у окружающих ветров, прото-GRS распадется. , что делает невозможным образование устойчивого вихря. А если она очень высока, то свойства прото-ГРС будут отличаться от свойств нынешней ГРС.

Будущие исследования будут направлены на то, чтобы попытаться воспроизвести сокращение GRS с течением времени, чтобы более подробно выяснить физические механизмы, лежащие в основе его устойчивости с течением времени.

В то же время он попытается предсказать, распадется ли GRS и исчезнет, ​​когда достигнет предела размера, как это могло произойти с PS Кассини, или же он стабилизируется на пределе размера, при котором сможет просуществовать еще много лет. .

Информация от: Университетом Страны Басков