Планета-волчок скрывает своё сердце: вода уходит в толщу Юпитера быстрее, чем ожидали

Стремительное вращение Юпитера связано с провалом осадков в нижние облачные слои — Хуачжи Гэ, PNAS

Стремительное вращение крупнейшей планеты Солнечной системы давно вызывает вопросы у планетологов, особенно в контексте того, как скорость обращения может влиять на атмосферу газового гиганта. Новые исследования показали, что распределение воды на Юпитере гораздо сложнее, чем предполагалось ранее, и связано не только с химическим составом, но и с особенностями динамики атмосферы. Учёные считают, что такие данные способны помочь лучше понять не только историю Юпитера, но и процессы формирования других миров. Об этом сообщает Proceedings of the National Academy of Sciences.

Как вращение Юпитера влияет на структуру его атмосферы

Юпитер известен своей колоссальной скоростью вращения: один оборот вокруг оси он совершает всего за десять часов, несмотря на то что его масса в сотни раз превышает земную. Подобная скорость не просто формирует характерные полосы атмосферы — она оказывает влияние на вертикальное распределение влаги внутри облачных слоёв. Новое исследование, выполненное международной группой учёных, использовало детальные компьютерные модели для оценки поведения водяного пара и осадков на разных глубинах атмосферы.

Эта работа стала продолжением наблюдений, выполненных аппаратом NASA "Юнона", который за годы исследований зафиксировал аномалии в распределении воды и тепла. Моделирование помогло объяснить, почему вода постепенно накапливается в нижних слоях атмосферы, формируя зоны повышенной влажности. Учёные считают, что стремительное вращение газового гиганта создаёт условия, при которых осадки быстрее проваливаются вглубь, минуя верхние облачные структуры и смешиваясь с более плотными слоями.

"Сосредоточившись на Юпитере, мы в конечном итоге пытаемся создать теорию о динамике воды и атмосферы, которую можно было бы широко применять к другим планетам, включая экзопланеты", — сказал ведущий автор исследования Хуачжи Гэ из Калифорнийского технологического института.

Такой подход позволяет объяснить зафиксированные "Юноной" неоднородности и понять, какие процессы управляют атмосферной циркуляцией гигантов.

Что показали модели: вода, осадки и их связь с глубиной

На Земле вода проходит стандартный цикл: испарение, конденсация, осадки. На Юпитере механизм похожий, но в условиях гигантского давления и огромной массы планеты он приобретает уникальные особенности. По результатам моделирования, водяной пар в средних широтах Юпитера не просто конденсируется — он быстро опускается в слои, скрытые под основными облачными полосами. Это вызывает эффект увеличения влажности с глубиной, что противоречит обычным представлениям о газовых гигантах.

Дополнительное значение имеет распределение облачных структур. Плотные массы водорода и гелия создают мощные струйные течения, поэтому облака не являются однородными. В некоторых зонах скорость движения воздушных масс в атмосфере достигает значений, сопоставимых с ураганами на Земле, но растянутых на тысячи километров. Такие потоки также могут менять направление движения осадков.

Наблюдения "Юноны" дают уникальную возможность тестировать результаты моделей: аппарат передаёт данные о температуре, уровне влажности и плотности атмосферы, а также фиксирует глубинные аномалии, которые ранее невозможно было измерить.

"Сосредоточившись на Юпитере, мы… пытаемся создать теорию…" — подчёркивает учёный в публикации.

Это подчёркивает, что исследование выходит за рамки изучения одной планеты и становится частью большого проекта по пониманию эволюции газовых миров.

Почему эти данные важны для изучения происхождения воды на Земле

Юпитер считается первой сформировавшейся планетой Солнечной системы. Его массивность позволила ему притягивать ледяные тела и перераспределять материю протопланетного диска. Согласно популярной гипотезе, именно благодаря миграции Юпитера Земля могла получить значительное количество воды от богатых льдом астероидов. Новое исследование добавляет важный элемент: оно показывает, как распределение воды внутри газового гиганта может отражать процессы, происходившие на ранних этапах формирования планет.

Изучение динамики водяного пара на Юпитере помогает учёным составить более точные модели того, как вода распространялась по внутренней части Солнечной системы. Принимая во внимание, что водяной пар составляет всего около четверти процента атмосферы планеты, детализация этих моделей становится особенно ценной.

"Сосредоточившись на Юпитере… можно… применять [данные] к другим планетам", — говорится в исследовании.

Эта информация усиливает представления не только о Юпитере, но и о происхождении воды на Земле.

Сравнение Юпитера и горячих юпитеров

Горячие юпитеры — это газовые гиганты, вращающиеся чрезвычайно близко к своим звёздам. По своим размерам и массе они напоминают Юпитер, но атмосферные условия в разы экстремальнее. Например, планета HD 189733 b совершает оборот вокруг звезды всего за два с лишним дня и испытывает чудовищные ветра, достигающие нескольких километров в секунду.

На фоне этого условия на Юпитере выглядят гораздо мягче, но именно газовый гигант Солнечной системы помогает понять базовые механизмы, которые затем применяются к более экстремальным мирам. Различия между ними хорошо демонстрируют, как расстояние до звезды и скорость вращения определяют климатические и атмосферные процессы.

Плюсы и минусы изучения атмосферы Юпитера

Работа с атмосферой гигантских планет даёт исследователям большие преимущества. Данные позволяют понять, как формируются круговороты вещества, какие процессы управляют температурными аномалиями и как распределяются облачные массы.

Но сложности тоже очевидны: атмосфера Юпитера слишком плотная и многослойная, а её состав мешает прямым измерениям.

• Юпитер служит эталоном для изучения газовых гигантов
• Вода помогает оценить эволюцию планет
• Аппарат "Юнона" даёт уникальные данные
• Огромное давление затрудняет точные измерения
• Некоторые слои атмосферы недоступны для прямого наблюдения