Молнии на Юпитере - загадка, которую ученые пытаются разгадать не одно десятилетие
Молнии на Юпитере - загадка, которую ученые пытаются разгадать не одно десятилетие
Юпитер - планета Солнечной системы с самым большим количеством атмосферных загадок. Одна из них - природа юпитерианских молний. Над разгадкой этой тайны ученые бьются уже не одно десятилетие.

На Юпитере есть молнии?

До 70-х годов XX века никто из ученых точно не знал, существуют ли на Юпитере молнии. Выдвигались только гипотезы. Специалисты предполагали, раз на планете наблюдаются штормы, возможно, должны быть и грозовые разряды. В 1979 году, когда к газовому гиганту приблизился зонд «Вояджер-1» и приступил к наблюдению за ночной стороной, стало очевидно, что они там есть. Научные приборы аппарата уловили излучаемый радиосигнал от разряда молнии.

Только была загвоздка. На Земле молнии излучают электромагнитную энергию в диапазоне радиочастот от 1 Гц до почти 300 МГц. «Вояджер-1» же уловил излучаемый радиосигнал от разряда молнии в диапазоне радиочастот от 300 кГц до 30 кГц.

Молнии на Юпитере в представлении худ...
Молнии на Юпитере в представлении художника

Последующие миссии, «Вояджер-2», «Галилео» и «Кассини», также регистрировали грозовые разряды, но их инструменты оказались недостаточно чувствительными, чтобы ученые могли составить полную картину распространения юпитерианских молний.

На выручку пришла «Юнона». В 2016 году станция вышла на полярную орбиту газового гиганта и начала передавать научные данные. Так за первые восемь пролетов зонда вблизи Юпитера микроволновый радиометр (Microwave Radiometer, MWR) зарегистрировал 377 грозовых разрядов. MWR может исследовать глубокие слои атмосферы планеты и “проникать” на 550 км вглубь облаков.

«Юнона» узнала, где и как часто вспыхивают молнии на газовом гиганте, и помогла специалистам составить первую карту юпитерианских молний.

Молнии на Земле и Юпитере

На Земле молния — атмосферное явление в виде мощного электрического разряда, которое случается во время грозы и проявляется в виде яркой вспышки света. Генератор молний — грозовое облако, представляющее собой огромное количество пара, часть которого конденсируется в виде капелек или льдинок.

Верх грозового облака обычно находится на высоте 5–7 км, низ нависает над поверхностью на высоте до 1 км. Выше 3–4 км облака состоят из льдинок разного размера, так как температура там всегда ниже нуля. Льдинки прибывают в постоянном движении, которое вызывают восходящие потоки теплого воздуха от нагретой земли. Мелкие льдинки легче, чем крупные, поэтому они легко переносятся восходящими потоками воздуха: двигаются в верхнюю часть облака и все время сталкиваются с крупными. При каждом столкновении происходит электризация: крупные льдинки заряжаются отрицательно, мелкие — положительно. Со временем положительно заряженные мелкие льдинки оказываются в верхней части облака, а отрицательно заряженные крупные — в нижней. Верхушка грозового облака заряжена положительно, низ — отрицательно. В грозовом облаке растет напряженность электрического поля. В итоге происходит электростатический разряд — это и есть молния.

Данные, собранные зондом «Юнона», говорят о некотором сходстве в механизмах образования молний на Земле и Юпитере. Однако отличий куда больше по причине состава атмосферы газового гиганта.

На нашей планете более благоприятные условия для возникновения молний в области вдоль экватора, потому что здесь теплее, чем в северных регионах, и чаще наблюдаются штормы. На Юпитере же молнии обычно фиксируются в полярных регионах, в основном, в Северном полушарии.

Циклоны на Северном полюсе Юпитера. И...
Циклоны на Северном полюсе Юпитера. Инфракрасный снимок, сделанный Юноной

Северный полюс газового гиганта пестрит бурями разных размеров, здесь находится гигантский циклон, окруженный восемью циклонами поменьше; диаметр каждого варьируется от 2 до 5 тысяч км. Почему именно в Северном полушарии наблюдается большое количество грозовых разрядов, а не вдоль экватора, и могут ли циклоны быть причиной образования молний — загадка, над которой ученые ломают голову не один год. Скорее всего, дело в самой погоде. На Юпитере она работает совсем иначе, чем на нашей планете.

Известно, что на Земле погода по большей части формируется в тропосфере — нижнем слое атмосферы на высоте 8-15 км. Здесь появляются облака, образуются атмосферные фронты, развиваются циклоны и антициклоны, а также другие процессы, определяющие погоду и климат. На многие естественные земные явления влияет Солнце и твердая поверхность планеты.

У Юпитера нет твердой поверхности, а еще он находится далеко от нашей звезды, на расстоянии 757 млн. км. Это значит, что газовый гигант получает намного меньше света, чем Земля — по данным NASA, в 25 раз! Специалисты предполагают, что погодой Юпитера управляют пока неизвестные мощные силы, которые находятся глубоко внутри планеты, вероятно, они отвечают за образование циклонов и молний. Также не исключено, что на юпитерианскую погоду и на образование молний может влиять и магнитное поле газового гиганта. Но это пока только одна из версий.

Информация, собранная «Юноной», породила больше вопросов, чем дала ответов. В любом случае, впереди у зонда новый этап миссии. Ученые надеются получить больше данных, которые либо опровергнут вышеназванные гипотезы, либо подтвердят.

Разные виды молний на Юпитере

Как и на Земле, на Юпитере встречаются разные виды молний.

Грозовые разряды, обнаруженные «Вояджером-1», «Вояджером-2», «Галилео» и «Кассини», по-видимому, появляются в облаках водяного пара в низких слоях атмосферы Юпитера, то есть образуются в условиях, в чем-то схожих с земными. Однако в 2020 году «Юнона» показала, что молнии на газовом гиганте встречаются не только «внизу», приборы аппарата зафиксировали яркие вспышки и в верхних слоях атмосферы планеты.

Во время исследования ночной стороны Юпитера, на высоте 300 километров над облаками водяного пара, где обычно и регистрируются юпитерианские молнии, зонд «уловил» высотные разряды, очень похожие на земные спрайты. Аппарат зафиксировал 11 кратковременных ярких вспышек, время затухания которых составляло чуть больше 1 миллисекунды.

Яркие вспышки в верхних слоях атмосфе...
Яркие вспышки в верхних слоях атмосферы Юпитера. Иллюстрация создана на основе данных зонда Юноны, который зафиксировал молнии в 2016 году

В верхних слоях атмосферы Юпитера температура может опускаться до -88°C, это слишком холодно, чтобы там могла существовать вода в жидком виде. Ученые предполагают, что верхние облака газового гиганта могут состоять из аммиачного льда, и они могут быть связаны с образованием юпитерианских спрайтов — кратковременных молний.

В своей статье для портала Planetary научный журналист Рае Паулетта (Rae Paoletta) пишет:

«По мнению ряда исследователей, все начинается, когда мощные юпитерианские штормы поднимают воду высоко в атмосферу планеты, где при замерзании она превращается в кристаллы льда. Затем кристаллы льда смешиваются с газообразным аммиаком, который плавит их. Лед превращается в жидкость. Эта жидкая смесь из воды и аммиака постепенно опускается к поверхности планеты и превращается в градины, которые сталкиваются с новыми кристаллами льда. При каждом столкновении происходит электризация. Таким образом возникают условия для образования молний».

Ученые считают, что водно-аммиачный град может быть главной причиной образования юпитерианских спрайтов. Кроме того, исследование этого процесса, позволит ученым понять, почему в некоторых частях атмосферы Юпитера аммиака нет вообще.

Юпитер — вероятно, самая старая планета Солнечной системы. Если специалисты поймут, как тут появляются молнии и работает погода в целом, они узнают гораздо больше о происхождении газового гиганта и нашей планетной системы.Автор: В.Боярский
Источник: "Северный маяк"
Опубликовано 23 января 2022 Комментариев 0 | Прочтений 662

Ещё по теме...

Добавить комментарий
Периодические издания



Информационная рассылка:

Рассылка X-Files: Загадки, Тайны, Открытия