В атмосфере Юпитера, крупнейшего газового гиганта Солнечной системы, где отсутствует привычная нам поверхность, клубятся впечатляющие облака.
Некоторые из них содержат воду, подобную земной. На других экзопланетах, "дальних родственников" крупнейшей планеты Солнца, которые имеют почти как у Земли температурные условия, облака могут состоять полностью из водяного пара. Такие миры экзопланетологи(те, кто исследует экзопланеты) назвали "водными гигантами". Наглядный пример водного гиганта — вымышленный Полифем из "Аватар".
Однако на любой газовой планете или газовой экзолуне — спутник экзопланеты, включая Юпитер, облака могут быть в десятки тысяч раз плотнее земных.По мере погружения в планету они формируют чудовищное давление. Ни один космический аппарат, во всяком случае человечества, пока не смог проникнуть сквозь эти облака и выяснить, что скрывается под ними, так как нет технологий, чтобы работать в таких условий.И вернуть аппарат не получится — у Юпитера очень мощная гравитация.
Впрочем, это не обязательно. Новое исследование от китайских и американских планетологов создало самую детальную на сегодняшний день модель атмосферы Юпитера. Исследователи изучили содержание кислорода на планете и обнаружили, что его там примерно в полтора раза больше, чем на Солнце. Это открытие помогает лучше понять процесс формирования планет Солнечной системы.
«Это давняя дискуссия среди планетологов», — говорит Джихён Янг, научный сотрудник UChicago и автор статьи. «Новые вычислительные модели меняют наше представление о других планетах».
Мы знаем о штормовом небе Юпитера уже более 360 лет, с тех пор как астрономы зафиксировали Большое красное пятно — огромный шторм, вдвое превышающий размеры Земли, который бушует уже несколько веков. Это лишь один из множества штормов на планете. За этими штормами скрывается множество тайн. Облака настолько плотные, что космический аппарат Galileo потерял связь с Землей в 2003 году. Текущая миссия Juno изучает атмосферу Юпитера с орбиты.
Орбитальные измерения дают информацию о верхних слоях атмосферы, таких как аммиак, метан, гидросульфид аммония, вода и монооксид углерода. Учёные объединили эти данные с химическими реакциями для построения моделей глубоких слоев атмосферы Юпитера. Однако ранее исследования давали разные результаты о количестве воды и кислорода на планете. Янг решил применить новое поколение химического моделирования.
Атмосфера у многих газовых миров очень сложна. Молекулы из горячих глубин перемещаются в верхние слои, меняя свои состояния и участвуя в тысячах химических реакций. Также необходимо учитывать поведение облаков и капель. Янг и его команда впервые объединили химию и гидродинамику в одной модели.
«Химия важна, но она не учитывает поведение капель и облаков. Гидродинамика же упрощает химию. Нужно объединить их», — объяснил Янг.
Результаты показали, что кислорода на Юпитере в полтора раза больше, чем на Солнце. Ранее считалось, что его там меньше трети солнечного. Это открытие имеет важное значение для понимания формирования Солнечной системы. Элементы планет и мы сами состоим из того же вещества, что и Солнце, но в разных пропорциях. Это помогает понять, как образовались планеты. Например, сформировался ли Юпитер на своем месте или дрейфовал? Ключ к разгадке — замерзающая вода, которая ведет себя иначе вдали от солнечного тепла.
Модель также предполагает, что атмосфера Юпитера циркулирует медленнее, чем считалось ранее. «Диффузия должна быть в 35–40 раз медленнее», — сказал Янг. Молекуле потребуется несколько недель, чтобы пройти через слой атмосферы, а не часы.
«Сколько еще нам предстоит узнать о планетах, даже в нашей Солнечной системе», — подытожил Янг.