Учёные разобрались, что именно разогревает газовые гиганты Солнечной системы, такие, как Юпитер и Сатурн, до температуры, на несколько сотен градусов превышающей расчётную.
До полёта «Вояджеров» считалось, что газовые гиганты холодные. Однако после пролёта спутников мимо планет, наблюдения в телескопы с Земли, а также после выполнения миссий «Галилео» и «Кассини» стало известно, что это не так. По расчётам, температура Юпитера на низких широтах должна была быть порядка -110°С, но на самом деле она составляет около 325°С.
Сложив данные по наблюдениям за верхними слоями атмосферы Сатурна (с аппарата «Кассини») и Юпитера (с одного из телескопов, установленных на Гавайях), учёные увидели, что наибольшая температура у атмосфер гигантов оказывается близ магнитных полюсов – там же, где происходит полярное сияние. Чем ближе к экватору, тем ниже температура атмосферы.
Композитное видео с наложением полярного сияния, как оно видно с телескопа Хаббл в глубоком ультрафиолете, на изображение в видимом диапазоне.
Базовые свойства полярных сияний изучены довольно хорошо. Частицы солнечного ветра, приближающиеся к планете, попадают под воздействие её магнитных полей, и сталкиваются с частицами атмосферы, вызывая свечение.
Однако магнитосферы Земли и Юпитера имеют разное происхождение. На Земле это результат перемешивания жидких никеля с железом в недрах планеты. У газовых гигантов, не имеющих жидких ядер, это гравитационное сжатие огромных объёмов жидкого водорода, из-за которого водород теряет электроны и превращается в генерирующий магнитные поля металл.
Из-за огромных объёмов магнитосфера Юпитера является крупнейшей структурой Солнечной системы, по словам Джеймса О’Донахью, планетолога Японского космического агентства.
Магнитосфера Юпитера
Кроме того, до Юпитера и Сатурна долетает не так много частиц плазмы от Солнца. Большую часть своей плазмы Юпитер получает от спутника Ио, богатого вулканической активностью. Сатурн обеспечивает плазмой Энцелад, извергающий в космос струи материи из-под своего ледяного покрова.
Но заряженные частицы, сталкивающиеся с верхними слоями атмосферы, производят не только свет – из-за их совместного трения атмосфера разогревается. Тепловую карту – распределение тепла по атмосфере Сатурна – необходимую для подтверждения этой гипотезы, опубликовали в прошлом году в журнале Nature Astronomy.
Составление такой же карты для Юпитера представляло проблему, поскольку его атмосфера очень хаотична и быстро меняется. Поэтому учёным нужно было провести наблюдения за распределением тепла в течение нескольких часов, пока картина не поменяется слишком сильно. Такие наблюдения были проведены в 2016 и 2017 годах, и показали, что в районе полярных сияний атмосфера разогревается до 730°С, а к экватору охлаждается до 325°С. Результаты наблюдений опубликованы в препринте работы.
