Ученые объяснили, почему Юпитер такой теплый
Новые наблюдения предполагают, что таинственный "энергетический кризис" Юпитера, озадачивающий астрономов на протяжении 50 лет, мог быть вызван полярными сияниями.
Уже давно известно, что самая большая планета в нашей Солнечной системе необычайно теплая, несмотря на большое расстояние от Солнца. Юпитер находится на расстоянии более 5 астрономических единиц или расстояния от Солнца до Земли (1 а.е. - это 150 миллионов километров).
Вдали от Солнца так мало солнечного света, что верхние слои атмосферы Юпитера должны быть холодными, по оценкам ученых, температура должна быть около -73 градуса по Цельсию, согласно заявлению NASA. Однако средняя температура в верхних слоях атмосферы Юпитера составляет 426 C - почти так же жарко, как поверхность Венеры.
На протяжении десятилетий астрономы обсуждали, что стало причиной этого "энергетического кризиса", как они его назвали, на Юпитере. Новое исследование показало, что интенсивные полярные сияния планеты, подпитываемые сильным магнитным полем, являются причиной резкого повышения температуры.
Полярные сияния - обычное явление в нашей солнечной системе, происходящее на планетах со значительными магнитными полями, такими как Земля и Юпитер. (Марс и Венера имеют свои собственные полярные сияния, но эти огни действуют по-разному на этих планетах из-за неоднородной магнитной среды в этих регионах.)
В мирах с сильными магнитными полями, таких как Земля и Юпитер, полярные сияния возникают, когда электрически заряженные частицы попадают в магнитное поле и вращаются по спирали к полюсам. На пути к полюсам частицы сталкиваются с атомами и молекулами в атмосфере, производя свет.
Вывод о нагреве полярных сияний на Юпитере частично основан на новых наблюдениях космического корабля Juno, который погружается в поле интенсивного излучения и выходит из него, чтобы изучить планету поближе. Близкое расположение Juno позволяет ученым отслеживать нагрев атмосферы планеты с беспрецедентной детальностью.
Команда использовала наблюдения Juno и спутника Хисаки Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA), которые отслеживали магнитное поле планеты. Они также использовали данные телескопа Keck II, который предоставил температурные карты с высоким разрешением. Эти комбинированные наблюдения позволили ученым наблюдать, как северное сияние испускает импульс тепла к экватору Юпитера. Долгосрочные наблюдения в Хисаки с 2013 года также показали важность солнечного ветра - постоянного потока частиц от Солнца - который приносит собственное магнитное поле к Юпитеру и, вероятно, усиливает наблюдаемые полярные сияния.
"Нам просто повезло, что мы зафиксировали это потенциальное тепловыделение", - добавил О'Донохью, ученый-планетолог из Института космоса и астронавтики JAXA. "Если бы мы наблюдали Юпитер другой ночью, когда давление солнечного ветра в последнее время не было высоким, мы бы его пропустили".
Используя спектрограф в ближнем инфракрасном диапазоне, Keck проследил нагрев планеты в двух сеансах наблюдений - в апреле 2016 года и январе 2017 года - от электрически заряженных молекул водорода, когда они двигались от полюсов планеты к экватору. Keck II также был настроен на улучшение разрешения изображений за счет большего количества измерений температуры и только тех из них, которые с высокой степенью достоверности относятся к значению. На эту работу потребовались годы, но результатом стали новые температурные карты с более чем 10 000 отдельных точек данных, значительно улучшившие предыдущие усилия по разрешению.
Однако изображение с высоким разрешением также показало еще одну загадку нагрева, которую еще предстоит разгадать.
"Мы также обнаружили странную, локализованную область нагрева вдали от полярного сияния - длинную полосу нагрева, не похожую ни на что, что мы видели раньше", - сказал Том Сталлард, соавтор статьи из Университета Лестера. "Хотя мы не можем быть уверены, что это за особенность, я убежден, что это катящаяся волна тепла, текущая к экватору от полярного сияния".
Магнитное поле Юпитера намного сильнее земного. Близлежащая вулканическая луна Юпитера - Ио - сбрасывает много материала в этот регион в результате извержений, обеспечивая множество частиц, которые попадают в атмосферу Юпитера. Огромные размеры Юпитера и сильные ветры также играют роль в том, как доступное тепло от полярных сияний циркулирует по планете.
Хотя нагрев полярных сияний - не новая идея, ученые не смогли подтвердить эту гипотезу до сих пор.
Ранее модели, исследующие верхние слои атмосферы планеты, предполагали, что полярные ветры не дойдут до экватора. Вместо этого теория предполагала, что ветры будут смещаться на запад из-за быстрого вращения Юпитера, которое длится почти 10 часов и немного варьируется в зависимости от широты, потому что планета газообразная. Новые наблюдения опровергают это старое мышление, а также предполагают, что западные ветры могут быть слабее, чем экваториальные ветры, уносящие полярное сияние.
