Недавние исследования планетологов из MIT проливают свет на причины, по которым Юпитер и Сатурн демонстрируют поразительно разные модели полярных вихрей. Исследование предполагает, что эти различия не случайны, а связаны с составом и плотностью материала в глубинах каждого планеты — открытие, имеющее важное значение для понимания структуры газовых гигантов.
Контрастные Полярные Формации: Завихрения Юпитера против Гексагона Сатурна
Ключевые визуальные данные для этого исследования предоставили миссии NASA Juno и Cassini. Juno, вращающаяся вокруг Юпитера с 2016 года, запечатлела изображения хаотичного северного полюса планеты, доминирующего множеством вращающихся вихрей, каждый из которых достигает примерно 4800 километров в диаметре. В отличие от этого, Cassini, до завершения своей миссии в 2017 году, наблюдала северный полюс Сатурна как единый, стабильный шестиугольный вихрь, простирающийся почти на 29000 километров.
Ученых давно мучил вопрос: почему такие резко отличающиеся модели на планетах сопоставимого размера и состава? И Юпитер, и Сатурн в основном состоят из водорода и гелия, что делает это несоответствие ещё более загадочным.
Упрощённая Модель Даёт Удивительные Результаты
Чтобы разгадать эту тайну, команда MIT использовала двумерную модель гидродинамики — преднамеренное упрощение, которое оказалось эффективным. Быстрое вращение планет обеспечивает постоянное движение вдоль оси, что позволяет исследователям точно представлять эволюцию вихрей в двух измерениях вместо сложных трёхмерных симуляций. Такой подход сделал исследование значительно более быстрым и эффективным.
Команда адаптировала существующие уравнения, используемые для моделирования циклонов на Земле, настроив их под уникальные условия полярных регионов Юпитера и Сатурна. Путём моделирования поведения жидкости в различных сценариях — изменяя размер планеты, скорость вращения, внутренний нагрев и мягкость/твёрдость лежащей в основе жидкости — они наблюдали последовательные закономерности.
Ключ к Разгадке: Плотность Интерьера Определяет Формирование Вихрей
Симуляции показали, что «мягкость» материала на дне вихря определяет его размер. Более мягкие и лёгкие материалы позволяют сосуществовать меньшим множественным вихрям (как на Юпитере), в то время как более плотные и твёрдые материалы способствуют формированию единого вихря планетарного масштаба (как на Сатурне).
Это говорит о том, что внутренности Юпитера могут состоять из более лёгких и менее стратифицированных материалов, тогда как внутренности Сатурна могут быть обогащены более тяжёлыми металлическими соединениями, которые создают более сильную слоистость.
«То, что мы видим на поверхности… может рассказать нам кое-что об интерьере, например, насколько там мягко», — отмечает аспирантка Цзяру Ши.
Последствия для Понимания Структуры Газовых Гигантов
Это исследование предоставляет новый способ вывода внутреннего состава планет из наблюдаемых атмосферных явлений. Оно подчёркивает, что поверхностные закономерности жидкости — это не просто эстетические особенности, а скорее индикаторы более глубоких фундаментальных свойств. Результаты будут опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
В конечном счёте, понимание этих вихревых моделей — это не просто разгадка планетарной погоды; это углубление понимания скрытых интерьеров газовых гигантов и процессов, которые сформировали их образование.
