Полярні бурі Юпітера й Сатурна видали те, що приховано в глибині планет

Юпітер і Сатурн мають багато спільного: вони складаються переважно з водню та гелію, обертаються з подібною швидкістю та випромінюють значну кількість внутрішнього тепла. Обидві планети також відомі своєю екстремальною погодою — потужними вітрами, гігантськими штормами та складними хмарними структурами. Однак їхні полярні бурі суттєво різняться, і саме це десятиліттями залишалося загадкою для вчених.

Про це повідомило видання Science alert.

Спостереження показують: на кожному полюсі Сатурна формується один великий стійкий вихор. Натомість на Юпітері домінує один центральний шторм, оточений кільцем із кількох менших вихорів. Нове дослідження планетологів з Массачусетського технологічного інституту пропонує пояснення цієї різниці, пов’язуючи її з тим, як атмосферні шторми взаємодіють із глибшими шарами планет.

Дослідники Ванінь Кан і Цзяру Ши розробили двовимірну модель динаміки поверхневої рідини, яка відтворює полярні вихори, зафіксовані космічними апаратами під час багаторічних спостережень за обома газовими гігантами. Такий підхід дозволив значно спростити розрахунки, оскільки в швидко обертових системах рух рідини зазвичай вирівнюється вздовж осі обертання і мало змінюється у вертикальному напрямку.

Модель показала, що гігантські шторми на газових планетах формуються з менших атмосферних процесів, зокрема конвекції. У міру зростання ці вихори стикаються з обмеженнями, які визначають їхній максимальний розмір. Серед таких факторів — глибина атмосферного шару, інтенсивність енергетичного «форсування» та швидкість втрат енергії через тертя.

За результатами моделювання, атмосфера Юпітера є достатньо глибокою та енергійною, щоб породжувати кілька великих вихорів. Водночас рання поява турбулентності заважає їм зливатися в один домінантний шторм. У результаті на полюсах формується стабільна система з кількох окремих вихорів, яка зберігається на видимій поверхні планети.

У випадку Сатурна ситуація інша. Модель допускає, що або атмосферне форсування там слабше, або втрати енергії на тертя більші, або ж діє поєднання цих чинників. Це усуває бар’єри, які стримують злиття вихорів, і дозволяє їм об’єднатися в один гігантський полярний шторм. Важливу роль у цьому процесі може відігравати й щільність нижнього шару атмосфери, де зароджуються вихори.

Дослідники наголошують, що отримані результати не є прямим доказом відмінностей у внутрішній будові планет. Водночас вони свідчать про те, що видимі атмосферні візерунки можуть містити інформацію про умови глибоко під поверхнею. Зокрема, це може допомогти з’ясувати, наскільки «м’яким» або стратифікованим є середовище, у якому формуються полярні бурі.

Науковці зазначають, що такі відмінності можуть бути пов’язані з різним рівнем збагачення надр Сатурна важчими елементами та більшою кількістю конденсованої речовини. Це, своєю чергою, здатне забезпечувати сильнішу стратифікацію атмосфери порівняно з Юпітером і доповнювати загальне уявлення про будову газових гігантів.