Полная версия

Главная arrow Прочие arrow АСТРОНОМИЯ. СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Грозовая активность и атмосфера Юпитера.

На борту спускаемого аппарата «Галилео» был установлен прибор для регистрации молний в атмосфере Юпитера. Вспышки обнаружены не были, но радиоизлучение удаленных молний принималось постоянно. Сделан вывод о том, что мощность молний в 10 раз превышает таковую для Земли, но на единицу площади их оказывается в 10 раз меньше. Отметим, что ранее вспышки молний на ночной стороне Юпитера наблюдались с борта АМС серии «Вояджер». В 2010 г. вспышки молний на Юпитере наблюдались несколькими наземными телескопами. О грозовых разрядах свидетельствуют и особенности радиоизлучения Юпитера, регистрируемого наземными радиотелескопами.

Верхние слои атмосферы Юпитера — единственные слои, которые могут регулярно и непосредственно наблюдаться с помощью наземных и околоземных телескопов. Благодаря огромным размерам планеты, некоторые детали облачного покрова Юпитера могут быть обнаружены даже в небольшие телескопы.

Наблюдения с помощью телескопов, а также с борта космических аппаратов с близкого расстояния, демонстрируют «полосатую» структуру облачного слоя Юпитера. Наблюдаются темные красноватые полосы, или пояса, вытянутые параллельно экватору. Светлые промежутки между ними называются зоны. Пояса и зоны простираются к северу и югу от экватора вплоть до параллелей 40° северной и южной широты. Плотные облака в полосах и зонах содержат детали коричневых, красных и голубоватых оттенков.

Скорость вращения деталей вокруг оси Юпитера для разных широт различна (проявление эффекта дифференциального вращения). Отдельные полосы и зоны имеют свои скорости вращения, разница в скоростях для двух деталей, находящихся в соседних зонах, может достигать 300 км/ч. Установлено, что скорость вращения газообразной оболочки Юпитера увеличивается с глубиной.

Пояса и зоны представляют собой области нисходящих и восходящих потоков газа в атмосфере, причем видимая поверхность зон примерно на 20 км выше видимой поверхности поясов. Пояса и зоны носят свои названия в зависимости от их широты. Так, выделяются экваториальные, северные и южные тропические, умеренные и полярные пояса и зоны. Полосатая структура видимой поверхности облачного слоя Юпитера связана с зональным направлением ветров в атмосфере.

Пояса и зоны в верхней атмосфере Юпитера (спутник «Юнона», NASA)

Рис. 11.2. Пояса и зоны в верхней атмосфере Юпитера (спутник «Юнона», NASA)

Гравиметрические исследования, проводившиеся космическим аппаратом «Юнона» показали, что степень дифференциальности вращения падает с глубиной, и на уровне 3000 км ниже верхней кромки облаков планета вращается уже как твердое тело, с одной угловой скоростью вращения для всех широт. Она соответствует периоду вращения магнитного поля Юпитера — 9 час 55 мин 30 с, равному периоду вращения высокоширотных деталей на поверхности. В верхнем слое, для которого характерно дифференциальное вращение, сосредоточено около 1 % массы Юпитера (примерно 3 массы Земли).

Полярные области всех планет, чьи оси вращения почти перпендикулярны плоскости орбиты, получают меньше тепла от Солнца, чем экваториальные области, за счет чего возникает разность температур. Более нагретые атмосферные массы в области экватора поднимаются вверх, смещаются в стороны полюсов и замещаются более холодными массами, которые приходят с высоких широт (меридиональный перенос). Этот механизм работает в различных вариантах на Земле и на Венере.

Однако в случае Юпитера не обнаружено существенных различий температуры между экваториальными и полярными областями. Это означает, что внутренняя энергия планеты играет более важную роль в динамике атмосферы, чем приходящий поток солнечной энергии.

Эти факторы — мощный поток тепла из недр планеты и высокая скорость вращения — во многом определяют специфичную динамику атмосферы Юпитера.

Благодаря большой скорости вращения возникают мощные кориолисовы силы, которые отклоняют в зональном направлении потоки газа, практически уничтожая меридиональные течения. Направление потоков становится параллельным экватору.

Поднимающиеся из недр планеты нагретые массы газа под действием сил Кориолиса вытягиваются в зональном (вдоль параллелей) направлении. При этом противоположные края зон из-за дифференциального вращения движутся навстречу друг другу, а также вдоль параллелей. Севернее экватора потоки газа, направленные к северу, отклоняются кориолисовой силой к востоку, направленные к югу — отклоняются к западу. В южном полушарии отклонения обратные. Такая структура движения аналогична земным пассатам, где также действуют кориолисовы силы, но гораздо меньшие по сравнению с Юпитером из-за меньшей скорости вращения нашей планеты.

Конвективные движения наиболее сильны на границах между гидродинамическими потоками, имеющими разную скорость. На границах поясов и зон проявляется сильная турбулентность — здесь возникают вихри в виде округлых пятен. Характерные скорости в этих областях огромны — порядка 100 м/с, вблизи экватора даже 150 м/с.

Таким образом, под воздействием кориолисовых сил на Юпитере сформировалась и существует устойчивая зональная структура потоков газа в атмосфере. Конвективный подъем газа осуществляется в зонах, здесь наблюдается повышенное давление. Светлая окраска зон объясняется повышенным содержанием ярко-белых кристаллов аммиака, выносимых вверх из недр Юпитера в колоннах восходящего газа.

Остывший газ опускается в поясах. Пояса выглядят темнее, поскольку здесь наблюдаются обедненные светлым аммиаком нисходящие потоки. В поясах видны ярко окрашенные детали облаков коричневых и красноватых тонов. Эти цвета связаны с присутствием кристаллов гидросульфида аммония (NH4HS) и фосфина РН3 (токсичный газ с запахом тухлой рыбы). При температуре выше 290 К (+23 °С) фосфин распадается, образуя аллотропическую модификацию фосфора — красный фосфор. Такая температура достигается на уровне около 60 км ниже верхней кромки облаков. При низких температурах фосфор (на больших высотах) снова соединяется с водородом.

При наблюдениях с близкого расстояния видно, что зоны и пояса расчленяются на отдельные пятна различных форм и размеров. По-видимому, мы наблюдаем только самые верхние проявления мощных динамических процессов в толще атмосферы, скрытых от нас непрозрачными плотными облаками. Тем не менее в облаках периодически наблюдаются вихри с характерным размером в тысячи километров. Такие ураганы могут существовать от суток (самые маленькие) до сотен и даже тысяч лет. Так, наблюдения аппарата «Юнона» показали, что вблизи северного плюса Юпитера в верхней атмосфере находится система из 9 вихрей — полярный циклон, окруженный другими циклонами меньших размеров (диаметром от 4000 до 4600 км). На южном полюсе вокруг центрального циклона находились пять других с диаметрами от 5600 до 7000 км. Съемки в инфракрасном диапазоне позволили получить изображения структуры вихрей на глубине 50—70 км ниже верхней кромки облаков, на которых видно, что циклоны отличаются «плотной упаковкой», практически вплотную примыкая друг к другу. Скорость движения газа в циклонах достигает 100 м/с, температура на этом уровне — от -10 до -80 °С.

Наиболее эффектным образованием такого рода является гигантский вихрь под названием Большое Красное Пятно (БКП) — мощный антициклон в Южной тропической зоне Юпитера. БКП выглядит как овальное образование изменяющихся размеров и яркости. В настоящее время габариты БКП составляют 11 000 х 17 000 км (на нем мог бы расположиться наш земной шар). Впервые БКП было описано в 1878 г. Анализ зарисовок диска Юпитера, выполненных итальянским астрономом Джованни Кассини еще в 1665 г. показал, что БКП существовало уже, по крайней мере, 300 лет назад, причем 100 лет назад его размеры были вдвое больше.

Съемки с космических аппаратов показали, что БКП вращается, совершая полный оборот вокруг своего центра примерно за 6 земных суток. Наблюдения в инфракрасном диапазоне с помощью крупнейшего комплекса телескопов VLT Европейской Южной обсерватории в Чили показали, что красно-оранжевая «сердцевина» БКП на 3—4 градуса теплее окружающей области при средней температуре БКП 160 °С. Наблюдения космического аппарата «Юнона» с гораздо более высоким пространственным разрешением показали, что перепады температуры между сравнительно теплым центром БКП и его периферией достигают сотен градусов. Структура вихря прослеживается, по крайней мере, на глубину до 300 км ниже верхней кромки облаков.

Согласно современным представлениям, БКП — это свободно мигрирующий в атмосфере вихрь типа антициклона. В центре вихря газ поднимается, на краях — опускается в глубины Юпитера. Скорость газа в вихре достигает 430 км/с. Происхождение и долгое существование БКП остается необъясненным.

Красно-кирпичный цвет БКП, который ранее объяснялся присутствием соединений фосфора, в настоящее время связывается с взаимодействием соединений аммиака и серы с ацетиленом. Именно ацетилен, согласно имеющейся гипотезе, выносится восходящими потоками в центре БКП на уровень высоких облаков Юпитера.

Большое Красное Пятно (спутник «Галилео», NASA)

Рис. 11.3. Большое Красное Пятно (спутник «Галилео», NASA)

В окрестностях БКП на снимках с АМС «Галилео» обнаружены светлые образования, по ряду свойств напоминающие земные кучевые облака, что может являться свидетельством присутствия в атмосфере Юпитера водяных паров.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>