|
Возраст и происхождение Большого красного пятна
|
|
|
|
Научные сотрудники Университета Страны Басков (UPV/EHU), Политехнического университета Каталонии—Барселонатех (UPC) и Барселонского суперкомпьютерного центра (CNS-BSC) проанализировали исторические наблюдения, начиная с 17-го века, и разработали численные модели, объясняющие долговечность и природу Большого красного пятна Юпитера. Они опубликовали результаты своих наблюдений и численные модели в журнале Geophysical Research Letters. Большое красное пятно Юпитера (GRS), популярное среди объектов Солнечной системы, является, вероятно, самой известной атмосферной структурой. Его большие размеры (сейчас его диаметр равен диаметру Земли) и контраст его красноватого цвета с бледными облаками планеты делают его объектом, который можно легко увидеть даже в небольшие телескопы. Большое красное пятно Юпитера представляет собой огромный антициклонический вихрь, по периферии которого дуют ветры со скоростью 450 км/ч. Это самый большой и долгоживущий вихрь из всех существующих в атмосферах планет Солнечной системы, но его возраст является предметом споров, а механизм, приведший к его образованию, остается неясным.
|
|
|
|
Предположения о происхождении GRS восходят к первым телескопическим наблюдениям, сделанным астрономом Джованни Доменико Кассини, который в 1665 году обнаружил темный овал на той же широте, что и GRS, и назвал его "Постоянным пятном" (PS), поскольку оно наблюдалось им и другими астрономами до 1713 года. Впоследствии астрономы потеряли его из виду на 118 лет, и только в 1831 году и в последующие годы С. Швабе снова наблюдал четкую структуру, примерно овальной формы, на той же широте, что и GRS; это можно рассматривать как первое наблюдение текущего GRS, возможно, зарождающегося GRS. С тех пор GRS регулярно наблюдался с помощью телескопов и различных космических миссий, которые посещали планету вплоть до наших дней. В своем исследовании авторы сначала проанализировали эволюцию его размеров с течением времени, его структуру и движения обоих метеорологических образований, бывших PS и GRS; для этого они использовали исторические источники, относящиеся к середине 17-го века, вскоре после изобретения телескопа.
|
|
|
"Из измерений размеров и перемещений мы сделали вывод, что крайне маловероятно, что нынешняя GRS была той самой PS, которую наблюдал G. D. Cassini. ПС, вероятно, исчез где-то между серединой 18-го и 19-м веками, и в этом случае мы можем сказать, что продолжительность жизни Красного пятна сейчас превышает как минимум 190 лет", - объяснил Агустин Санчес-Лавега, профессор физики UPV/EHU, который руководил этим исследованием. Красное пятно, которое в 1879 году имело размер 39 000 км по своей самой длинной оси, в настоящее время сокращается примерно до 14 000 км и одновременно становится более округлым. Более того, начиная с 1970-х годов, несколько космических миссий внимательно изучали это метеорологическое явление. Недавно "различные приборы на борту миссии "Юнона", находящейся на орбите вокруг Юпитера, показали, что GRS является неглубокой и тонкой по сравнению с ее горизонтальными размерами, поскольку по вертикали ее длина составляет около 500 км", - пояснил Санчес-Лавега. Чтобы выяснить, как мог образоваться этот огромный вихрь, команды UPV/EHU и UPC провели численное моделирование на испанских суперкомпьютерах, таких как MareNostrum IV, входящий в испанскую суперкомпьютерную сеть (RES), используя два типа взаимодополняющих моделей поведения тонких вихрей в атмосфере Юпитера.
|
|
|
|
На планете-гиганте преобладают интенсивные ветровые течения, которые дуют вдоль параллелей, меняющих свое направление в зависимости от широты. К северу от GRS ветры дуют в западном направлении со скоростью 180 км/ч, в то время как к югу они дуют в противоположном направлении, в восточном направлении, со скоростью 150 км/ч. Это создает огромный сдвиг скорости ветра с севера на юг, который является основным компонентом, позволяющим вихрю расти внутри него. В ходе исследования был изучен целый ряд механизмов, объясняющих происхождение ОТО, включая извержение гигантского супершторма, подобного тем, что редко наблюдаются на планете-близнеце Сатурн, или слияние множества более мелких вихрей, возникающих в результате сдвига ветра. Результаты показывают, что, хотя в обоих случаях образуется антициклон, он отличается по форме и динамическим свойствам от нынешних атмосферных осадков. "Мы также считаем, что если бы одно из этих необычных явлений имело место, то оно или его последствия в атмосфере должны были быть замечены астрономами в то время и сообщены о них", - сказал Санчес-Лавега.
|
|
|
|
В ходе третьей серии численных экспериментов исследовательская группа изучила образование ОТО в результате известной нестабильности ветра, которая, как полагают, способна образовывать удлиненную ячейку, которая окружает и удерживает их. Такая ячейка представляла бы собой прототип GRS, зарождающееся красное пятно, последующее сжатие которого привело бы к образованию компактных и быстро вращающихся GRS, наблюдавшихся в конце 19-го века. Образование крупных вытянутых ячеек уже наблюдалось при возникновении других крупных вихрей на Юпитере. "В ходе нашего моделирования суперкомпьютеры позволили нам обнаружить, что удлиненные ячейки стабильны, когда они вращаются вокруг периферии ОТО со скоростью ветра Юпитера, что и следовало ожидать, когда они образуются из-за этой нестабильности", - сказал Энрике Гарсия-Мелендо, исследователь из физического факультета UPC.
|
|
|
|
Используя два разных типа численных моделей, одну из которых разработали в UPV/EHU, а другую - в UPC, исследователи пришли к выводу, что если скорость вращения протооболочек будет ниже, чем у окружающих ветров, то они распадутся, что сделает невозможным формирование стабильного вихря. И если она очень высока, то свойства прототипов GRS отличаются от свойств современных GRS. Будущие исследования будут направлены на то, чтобы попытаться воспроизвести усадку GRS с течением времени, чтобы более подробно выяснить физические механизмы, лежащие в основе его устойчивости с течением времени. В то же время он попытается предсказать, распадется ли GRS и исчезнет ли она, когда достигнет предельного размера, как это могло произойти с PS Кассини, или же она стабилизируется на предельном размере, при котором может просуществовать еще много лет.
|
|
|
|
Источник
|
