Хотя Большое Красное Пятно на Юпитере на протяжении столетий было постоянной особенностью планеты, астрономы Калифорнийского университета в Беркли обнаружили не менее крупные пятна на северном и южном полюсах планеты, которые появляются и исчезают, казалось бы, хаотично.
Овалы размером с Землю, которые видны только в ультрафиолетовом диапазоне, встроены в слои стратосферной дымки, покрывающей полюса планеты. Темные овалы, если их увидеть, почти всегда расположены чуть ниже ярких полярных сияний на каждом полюсе, которые похожи на северное и южное сияние Земли.
Пятна поглощают больше ультрафиолета, чем окружающая область, из-за чего они выглядят темными на снимках с космического телескопа Хаббл НАСА. На ежегодных снимках планеты, сделанных Хабблом в период с 2015 по 2022 год, темный УФ-овал появляется в 75% случаев на южном полюсе, тогда как темные овалы появляются только на одном из восьми снимков, сделанных на северном полюсе.
Темные УФ-овалы указывают на необычные процессы, происходящие в сильном магнитном поле Юпитера, которые распространяются до полюсов и глубоко в атмосферу, гораздо глубже магнитных процессов, вызывающих полярные сияния на Земле.
Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли и их коллеги сообщили об этом явлении в журнале Nature Astronomy.
Темные УФ-овалы были впервые обнаружены Хабблом в конце 1990-х годов на северном и южном полюсах, а затем на северном полюсе космическим аппаратом Кассини, который пролетел мимо Юпитера в 2000 году, но они не привлекли особого внимания.
Однако когда студент Калифорнийского университета в Беркли Трой Цубота провел систематическое исследование последних изображений, полученных «Хабблом», он обнаружил, что они являются общей особенностью на южном полюсе — он насчитал восемь южных УФ-темных овалов (SUDO) в период с 1994 по 2022 год.
На всех 25 глобальных картах Хаббла, на которых показан северный полюс Юпитера, Цубота и старший автор Майкл Вонг, научный сотрудник Лаборатории космических наук Калифорнийского университета в Беркли, обнаружили только два северных УФ-темных овала (NUDO).
Большинство снимков Хаббла были сделаны в рамках проекта Outer Planet Atmospheres Legacy (OPAL), которым руководит Эми Саймон, планетолог из Центра космических полетов имени Годдарда в НАСА и соавтор статьи. Используя Хаббл, астрономы OPAL проводят ежегодные наблюдения за Юпитером, Сатурном, Ураном и Нептуном, чтобы понять динамику их атмосфер и эволюцию с течением времени.
«За первые два месяца мы поняли, что эти изображения OPAL — в каком-то смысле золотая жила, и мне очень быстро удалось построить этот аналитический конвейер и отправить все изображения, чтобы посмотреть, что получится», — сказал Цубота. «Именно тогда мы поняли, что можем провести серьезный научный и реальный анализ данных и начать обсуждать с коллегами, почему они появляются».
Вонг и Цубота проконсультировались с двумя экспертами по планетарным атмосферам — Томом Сталлардом из Нортумбрийского университета в Ньюкасл-апон-Тайн в Великобритании и Си Чжаном из Калифорнийского университета в Санта-Крусе — чтобы определить, что может быть причиной появления этих областей густой дымки.
Сталлард предположил, что темный овал, вероятно, движется сверху вихрем, создаваемым, когда линии магнитного поля планеты испытывают трение в двух очень удаленных друг от друга местах: в ионосфере, где Сталлард и другие астрономы ранее обнаружили вращательное движение с помощью наземных телескопов, и в слое горячей ионизированной плазмы вокруг планеты, сбрасываемом вулканическим спутником Ио.
Вихрь вращается быстрее всего в ионосфере, постепенно ослабевая по мере достижения каждого более глубокого слоя. Подобно торнадо, приземлившемуся на пыльную землю, самая глубокая часть вихря перемешивает туманную атмосферу, создавая плотные пятна, которые наблюдали Вонг и Цубота. Неясно, вытягивает ли перемешивание больше дымки снизу или создает дополнительную дымку.
На основании наблюдений команда предполагает, что овалы формируются в течение примерно месяца и рассеиваются через пару недель.
«Дымка в темных овалах в 50 раз гуще типичной концентрации», — сказал Чжан, — «что говорит о том, что она, скорее всего, образуется из-за динамики вихрей, а не химических реакций, вызванных высокоэнергетическими частицами из верхних слоев атмосферы. Наши наблюдения показали, что время и местоположение этих энергичных частиц не коррелируют с появлением темных овалов».
Полученные результаты — это именно то, для изучения чего и был разработан проект OPAL: как динамика атмосферы на гигантских планетах Солнечной системы отличается от того, что мы знаем о Земле.
«Изучение связей между различными слоями атмосферы очень важно для всех планет, будь то экзопланета, Юпитер или Земля», — сказал Вонг. «Мы видим доказательства процесса, связывающего все во всей системе Юпитера, от внутреннего динамо до спутников и их плазменных ториев, от ионосферы до стратосферных дымок. Нахождение этих примеров помогает нам понять планету в целом».
