Облака Юпитера содержат дымный гидросульфид аммония, а не аммиачный лед

Фото из открытых источников

Облака Юпитера не такие, какими мы их считали. Эксперты по планетарной атмосфере изучали их много лет , раскрывая 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, по-видимому, в значительной степени представляют собой смесь 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 большинство облаков, которые мы видим, в основном состоят из аммиачного льда, загрязненного другими материалами, которые придают облакам цвет. Аммиак является важным «индикатором» активности в атмосфере Юпитера, и ученые изучали его присутствие в течение многих лет. Большинство этих измерений поступают с помощью космических аппаратов 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.

Получение времени наблюдения для отслеживания присутствия аммиака, а космических аппаратов не так уж много. Плюс, методы анализа наблюдений сложны и требуют много времени. Что, если бы существовал быстрый и экономически эффективный способ получения непрерывных наблюдений за облаками Юпитера? Могут ли небольшие телескопы, используемые астрономами-любителями, быть достаточно эффективными для составления карты изменений количества аммиака в облаках Юпитера и над ними с течением времени? Если да, то это заполнило бы огромный пробел в атмосферных наблюдениях Юпитера.

Сага о облаках Юпитера началась, когда доктор Стивен Хилл, эксперт по прогнозированию космической погоды, попробовал новый подход и провел наблюдения за облаками газового гиганта в 2020-2021 и 2022-2023 годах. Он смог сравнить изображения, которые показывают поглощение в атмосфере из-за аммиака и метана. Он также определил изменения в количестве аммиака в верхних слоях облаков и над ними.

Поскольку время на больших обсерваторских телескопах было в таком дефиците, Хилл использовал 0,28-метровый телескоп Celestron Schmidt-Cassegrain, оснащенный камерой ZWO ASI120MM CMOS. Сначала он использовал фильтр аммиачной полосы 647 нм. Позже он применил фильтр метановой полосы 619 нм. Идея состояла в том, чтобы обнаружить отдельные особенности распространенности аммиака. 

Оказывается, метод Хилла проще и менее затратен, чем более сложные наблюдательные и статистические методы, которые ученые используют для картирования облаков. Его можно использовать в профессиональных исследованиях, чтобы сосредоточиться на определенных областях атмосферы. Этот подход также дает ученым-любителям с телескопами дворового типа способ отслеживать аммиак и изменения давления на вершине облаков в различных элементах атмосферы Юпитера. Сюда входят облачные полосы Юпитера, его быстро движущиеся небольшие штормы и даже более крупные элементы, такие как Большое Красное Пятно.

Эксперт по планетарной атмосфере профессор Патрик Ирвин из Оксфордского университета в Англии, который написал статью вместе с Хиллом о наблюдениях, подчеркнул преимущество таких наблюдений. «Я поражен, что такой простой метод способен проникнуть так глубоко в атмосферу и так ясно продемонстрировать, что основные облака не могут быть чистым аммиачным льдом», — сказал он. «Эти результаты показывают, что новаторский любитель, использующий современную камеру и специальные фильтры, может открыть новое окно в атмосферу Юпитера и внести вклад в понимание природы давно загадочных облаков Юпитера и того, как циркулирует атмосфера».

Первоначальные результаты Хилла показали, что облака, которые он изучал, находились в области теплой атмосферы Юпитера, где не допускается существование аммиачного льда. В своем последующем исследовании Ирвин и его коллеги применили метод Хилла к наблюдениям с использованием Multi Unit Spectroscopic Explorer на Очень Большом Телескопе в Чили. Проведение спектроскопии позволяет ученым измерять видимые световые отпечатки газов в атмосфере Юпитера и составлять график распределения аммиака и высоты его облаков. Они также смоделировали, как свет взаимодействует с этими газами и облаками, используя компьютерную модель.

Оказывается, облака Юпитера, наблюдаемые через телескоп на заднем дворе Хилла, должны были быть намного глубже, чем считалось ранее. Они находятся в атмосферной области с более высоким давлением и более высокой температурой. Это означает, что область слишком теплая, чтобы позволить аммиаку конденсироваться. Химические реакции, создаваемые воздействием солнечного света на газы, очень активны в атмосфере Юпитера. В небольших областях, где конвекция (перенос тепла из одной области в другую) особенно сильна, восходящие потоки могут быть достаточно быстрыми, чтобы образовать свежий аммиачный лед. Такие области существуют и были обнаружены космическими аппаратами на протяжении многих лет.

Команда Ирвина предполагает, что когда влажный, богатый аммиаком воздух поднимается вверх, аммиак разрушается. Он также может смешиваться с фотохимическими продуктами быстрее, чем может образоваться аммиачный лед. Это означает, что основная облачная палуба на самом деле может состоять из гидросульфида аммония, смешанного с фотохимическими продуктами смога. Именно это создает красные и коричневые цвета, которые мы видим на снимках Юпитера. И этот метод также работает для наблюдений за облаками аммиака в атмосфере Сатурна. Дальнейшая работа должна помочь определить, существуют ли там те же фотохимические процессы.