Град на Юпитере обрушил гигантские шары из аммиака и воды

Погода на Юпитере может иметь некоторые удивительные сходства с земными явлениями, но некоторые вещи не поддаются простому объяснению. Новое исследование было опубликовано в журнале Science Advances.

Теперь ученые придумали объяснение странным композиционным свойствам его диких облаков: во время гигантских бурь с громом и молниями на Юпитере выпадает град из «кашеобразных шариков» — огромных комков кашеобразного льда, состоящего из аммиака и воды, по консистенции напоминающего мокрый снег или мороженое из магазина.

Это лучший сценарий, который придумали астрономы, чтобы объяснить, почему атмосфера Юпитера, а также Сатурна, Урана и Нептуна имеет столь неоднородное распределение аммиака.

«Имке де Патер и я оба думали: «Это не может быть правдой», — говорит планетолог Крис Мёкель из Калифорнийского университета в Беркли, который руководил исследованием. «Столько всего должно сойтись, чтобы на самом деле объяснить это, это кажется таким экзотическим. По сути, я потратил три года, пытаясь доказать, что это не так. И я не смог доказать, что это не так».

Гипотеза впервые возникла в 2020 году, когда ученые, изучая данные с зонда Юпитера Juno, предположили своеобразный механизм извлечения аммиака и воды из верхних слоев атмосферы планеты.

Они предположили, что мощные штормы Юпитера выбрасывают воду высоко над водными облаками планеты, где они сталкиваются с парами аммиака, которые плавят лед. Затем вода и аммиак замерзают вместе в условиях сильного холода.

«На этих высотах аммиак действует как антифриз, понижая температуру плавления водяного льда и позволяя образовываться облаку с жидким аммиаком и водой», — объяснила тогда планетолог Хайди Беккер из Лаборатории реактивного движения НАСА. 

«В этом новом состоянии падающие капли аммиачно-водной жидкости могут сталкиваться с восходящими кристаллами водяного льда и электризовать облака. Это стало большим сюрпризом, поскольку аммиачно-водных облаков на Земле не существует», - говорит Беккер.

Чтобы выяснить, возможно ли это вообще, Мёкель и его коллеги Имке де Патер из Калифорнийского университета в Беркли и Хуажи Ге из Калифорнийского технологического института изучили данные, собранные Juno и космическим телескопом «Хаббл» в июле 2017 года, когда зонд пролетал над гигантской грозой, которая все еще бушует по сей день.

«Юнона» производила записи на шести различных радиочастотах с помощью своего микроволнового радиометра, в то время как «Хаббл» проводил наблюдения в ультрафиолетовом, оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах длин волн.

Атмосфера Юпитера довольно дикая, с многочисленными штормами, не похожими ни на что на Земле, бушующими в любой момент времени. Однако большая часть погоды относительно неглубокая. В препринте, который в настоящее время проходит рецензирование, Мёкель, де Патер и отдельная группа описывают трехмерную структуру верхней атмосферы, показывая, что большинство погодных систем простираются всего на 10–20 километров ниже видимых вершин облаков.

Однако некоторые погодные системы проникают гораздо глубже в тропосферу, например, циклонические вихри, полосы облаков, богатых аммиаком, и сильные грозы, во время которых возникают комья снега.

«Каждый раз, когда вы смотрите на Юпитер, вы видите в основном только поверхность. Она неглубокая, но некоторые вещи — вихри и эти большие штормы — могут пробиться сквозь нее», — говорит Мёкель. «По сути, мы показываем, что верхняя часть атмосферы на самом деле довольно плохо отражает то, что находится внутри планеты».

Эти бури из мушболов эффективно расслаивают верхние слои атмосферы. Формируются мушболы и падают, истощая атмосферу аммиаком до высоты около 150 километров, но перенося его глубже в недра планеты.

Раньше ученые понятия не имели, что удалило аммиак. Mushballs прекрасно это объясняют. Вода начинает свой путь глубоко в облаках, прежде чем ее подбрасывает вверх, где она встречается с аммиаком и смешивается в соотношении примерно три части воды к одной части аммиака. Смешанные капли замерзают и падают глубоко в Юпитер, где они испаряются и оставляют свое содержимое.

Для этого требуются действительно особые условия, такие как чрезвычайно сильные восходящие потоки для переноса воды и чрезвычайно быстрое перемешивание, чтобы каши могли сформироваться и вырасти достаточно большими, чтобы выжить при обратном выпадении в атмосферу Юпитера. Дымящимся пистолетом был один сигнал в радиоданных Juno.

«Под облаком было небольшое пятно, которое выглядело либо как охлаждение, то есть как тающий лед, либо как увеличение концентрации аммиака, то есть как таяние и высвобождение аммиака», — говорит Мёкель. «Именно тот факт, что оба объяснения были возможны только с грибными шариками, в конечном итоге убедил меня».

Этот транспортный механизм вряд ли будет уникальным для Юпитера. Ученые выдвинули гипотезу, что подобные механизмы могут быть задействованы на всех гигантских планетах Солнечной системы и за ее пределами. Будем надеяться, что будущие наблюдения смогут их обнаружить.