Ученые раскрыли секрет «энергетического кризиса» Юпитера

Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, раскрыло секрет «энергетического кризиса» Юпитера, который ставил астрономов в тупик на протяжении десятилетий. Ученые из Университета Лестера совместно с коллегами из Японского космического агентства (JAXA), Бостонского университета, Центра космических полетов имени Годдарда НАСА и Национального института информационных и коммуникационных технологий (NICT) определили механизм, лежащий в основе нагрева атмосферы Юпитера.

Используя данные обсерватории Кека на Гавайях, астрономы создали наиболее подробную и глобальную карту верхних слоев атмосферы газового гиганта, впервые подтвердив, что за нагрев всей планеты ответственны мощные полярные сияния Юпитера.

Исследователи отмечают, что они уже давно пытались создать глобальную тепловую карту верхних слоев атмосферы Юпитера, но доступные сигналы не давали достаточно информации. Теперь же, благодаря постоянно развивающимся технологиям, это наконец-то удалось сделать. 

Они обнаружили не только то, что температуры начинаются очень высоко в пределах полярного сияния, как это и предполагалось ранее, но и то, что большую роль в этом играет нагрев, исходящий от самой планеты.

 Ученые отмечают, что все наблюдения за последние 50 лет показывали на удивление высокие экваториальные температуры Юпитера. И этот «энергетический кризис» был давней проблемой –либо создаваемые модели не могли правильно моделировать потоки тепла от полярного сияния, либо существовал какой-то неизвестный источник тепла около экватора?

Теперь же выяснилось, что на Юпитере экваториальный нагрев напрямую связан с полярным сиянием. Полярные сияния возникают, когда заряженные частицы попадают в магнитное поле планеты. Они движутся по спирали вдоль силовых линий к магнитным полюсам планеты, ударяя по атомам и молекулам в атмосфере, высвобождая свет и энергию.

На Земле это приводит к характерному световому шоу, которое формирует Северное сияние. На Юпитере же материал, извергающийся из его вулканической луны Ио, приводит к самому мощному сиянию в Солнечной системе и огромному нагреву в полярных регионах планеты.

Хотя полярные сияния Юпитера долгое время были главным кандидатом на нагрев атмосферы планеты, до сих пор наблюдения не могли подтвердить или опровергнуть эту теорию.

Предыдущие карты температуры верхних слоев атмосферы были сформированы с использованием изображений, состоящих всего из нескольких пикселей. Этого разрешения недостаточно, чтобы увидеть, как температура может измениться по всей планете, и давало мало подсказок относительно происхождения дополнительного тепла.

Теперь же, получив подробные данные с телескопа, исследователи создали пять карт атмосферной температуры с разным пространственным разрешением, причем карта с самым высоким разрешением показывала измерение средней температуры для квадратов: два градуса долготы «высокий» и два градуса широты «широкий». При этом ученые исследовали более 10 000 отдельных точек данных, картируя только точки с погрешностью менее пяти процентов.

Модели атмосфер газовых гигантов предполагают, что они работают как гигантский холодильник, с тепловой энергией, оттянутой от экватора к полюсу и откладываемой в нижних слоях атмосферы в этих полюсных областях.

Эти новые открытия предполагают, что быстро меняющиеся полярные сияния могут направлять волны энергии против этого направленного к полюсу потока, позволяя теплу достигать экватора. Наблюдения также показали область локализованного нагрева в субавроральной области, которую можно интерпретировать как ограниченную волну тепла, распространяющуюся к экватору, что можно интерпретировать как свидетельство процесса, приводящего к передаче тепла.