Вчені встановили закономірності в температурах на Юпітері

Вчені завершили найдовше за всю історію дослідження температури у верхній тропосфері Юпітера, шарі атмосфери, де спостерігається погода на гігантській планеті та де формуються її характерні барвисті смугасті хмари.

Робота, яка проводилася протягом чотирьох десятиліть шляхом об’єднання даних спостережень космічних кораблів НАСА та наземних телескопів, виявила несподівані закономірності в тому, як температури поясів і зон Юпітера змінюються з часом. Дослідження є важливим кроком до кращого розуміння того, що визначає погоду на найбільшій планеті нашої Сонячної системи, і, зрештою, до можливості прогнозувати її.

Тропосфера Юпітера має багато спільного з тропосферою Землі: у ній утворюються хмари та бурхливі бурі. Щоб зрозуміти цю погодну активність, вченим потрібно вивчити певні властивості, зокрема вітер, тиск, вологість і температуру. З часів місій NASA Pioneer 10 і 11 у 1970-х роках вони знали , що загалом більш низькі температури пов’язані зі світлішими та білішими смугами Юпітера (відомими як зони), тоді як темніші коричнево-червоні смуги (відомі як пояси) є місцями більш теплих температур.

Але не було достатньо наборів даних, щоб зрозуміти, як температура змінюється протягом тривалого часу. Нове дослідження, опубліковане 19 грудня в Nature Astronomy , відкриває перші кроки шляхом вивчення зображень яскравого інфрачервоного світіння (невидимого для людського ока), яке піднімається з теплих регіонів атмосфери, безпосередньо вимірюючи температуру Юпітера над барвистими хмарами. Вчені збирали ці зображення через рівні проміжки часу протягом трьох обертів Юпітера навколо Сонця, кожен з яких триває 12 земних років.

Зеркальні зміни погоди

У процесі вони виявили, що температура Юпітера підвищується і падає після певних періодів, які не прив’язані до сезонів чи будь-яких інших циклів, про які вчені знають. Оскільки на Юпітері є слабкі пори року – планета нахилена навколо своєї осі лише на 3 градуси, у порівнянні з бадьорістю Землі на 23,5 градуси – вчені не очікували, що температура на Юпітері змінюється в таких регулярних циклах.

Дослідження також виявило таємничий зв’язок між температурними зрушеннями в регіонах, віддалених на тисячі кілометрів один від одного. Коли температура підвищувалася на певних широтах у північній півкулі, вона знижувалася на тих самих широтах у південній півкулі – як дзеркальне відображення на екваторі.

«Це було найбільш несподіваним із усього, — сказав Гленн Ортон, старший науковий співробітник Лабораторії реактивного руху НАСА та провідний автор дослідження. – Ми виявили зв’язок між тим, як змінилися температури на дуже віддалених широтах. Це схоже на явище, яке ми спостерігаємо на Землі, коли погодні та кліматичні моделі в одному регіоні можуть мати помітний вплив на погоду в іншому місці, причому моделі мінливості, здавалося б, «телезв’язані» на величезних відстанях через атмосферу».

Наступне завдання — з’ясувати, що спричиняє ці циклічні та, здавалося б, синхронні зміни.

«Тепер ми розгадали одну частину головоломки, яка полягає в тому, що атмосфера демонструє ці природні цикли, — Зазначив співавтор Лей Флетчер з Університету Лестера в Англії. – Щоб зрозуміти, що зумовлює ці закономірності та чому вони відбуваються в ці конкретні часові масштаби, нам потрібно дослідити як вище, так і під хмарними шарами».

Одне з можливих пояснень стало очевидним на екваторі: автори дослідження виявили, що коливання температури вище, у стратосфері, здавалося, зростають і опускаються за схемою, яка є протилежною тому, як температура поводиться в тропосфері, що свідчить про те, що зміни в стратосфері впливають на зміни в тропосфері і навпаки.

Декади спостережень

Ортон і його колеги почали дослідження в 1978 році. Під час своїх досліджень вони писали пропозиції кілька разів на рік, щоб виграти час спостереження на трьох великих телескопах по всьому світу: Дуже Великому Телескопі в Чилі, а також Інфрачервоному Телескопі NASA і телескопу Subaru в обсерваторіях Маунакеа на Гаваях.

Протягом перших двох десятиліть дослідження Ортон і його товариші по команді по черзі подорожували до цих обсерваторій, збираючи інформацію про температури, яка врешті-решт дозволила б їм з’єднати крапки. (На початку 2000-х деякі роботи з телескопом можна було виконувати дистанційно.)

Потім настала важка частина – поєднання багаторічних спостережень з кількох телескопів і наукових інструментів для пошуку закономірностей. До цих ветеранів-вчених під час їх тривалого навчання приєдналися кілька студентів-стажерів, жоден з яких не народився на момент початку дослідження.

Вчені сподіваються, що дослідження допоможе їм зрештою спрогнозувати погоду на Юпітері, тепер, коли вони мають більш детальне розуміння цього. Дослідження може сприяти моделюванню клімату за допомогою комп’ютерного моделювання температурних циклів і того, як вони впливають на погоду – не лише для Юпітера, але й для всіх планет-гігантів у нашій Сонячній системі та за її межами.