Атмосферный слой планет-гигантов очень тонок

Какой бывает погода на самых отдаленных планетах Солнечной системы? Об этом пока известно не так много, однако ученые давно предполагали, что там могут дуть достаточно сильные ветры. Недавнее исследование, основанное на данных от зонда "Вояджер-2" и телескопа "Хаббл", показало, что на самом деле "ветреная" область этих планет не так-то и велика.

Фото:

Планеты-гиганты Уран и Нептун до сих пор остаются весьма поверхностно изученными объектами в нашей Солнечной системе. Пролет "Вояджера-2" вблизи них был самым первым визитом человечества к этим отдаленным гигантам. После того, как ""Вояджер-1 успешно выполнил запланированные исследования Сатурна и его спутника Титана, миссия была дополнена окончательным решеним: направить "Вояджер-2" к Урану и Нептуну.

Читайте также: НАСА не дождется показаний от "Вояджера"?

Из-за этого траекторию "Вояджера-2" изменили в незначительной мере, и аппарат не проходил в непосредственной близости от Титана. Научное оснащение "Вояджера-2" осуществило передачу изображений отдаленных планет наблюдателям на Земле.

Следует сказать, что отдаленность этих планет ограничивает их наблюдения с Земли — на столь гигантских расстояниях не видны детали, по которым можно было бы судить даже о значимых особенностях их атмосфер. Есть ли там сильная ветровая динамика, каково направление ветров?

Сопоставление данных, обеспеченных "Вояджером-2" и полученных космическим телескопом "Хаббл", выявило такую особенность — на Уране и Нептуне погоду формирует довольно тонкий атмосферный слой этих планет. Такой результат обнародовали ведущий специалист Йохай Каспи из Института Вейцмана (Израиль) и его коллеги, когда завершили анализ вариаций гравитационных полей планет в связи с атмосферными колебаниями.

Специалисты сравнивали результаты модельных расчетов атмосферы и внутренних областей планет. Оказалось, что весьма незначительная часть массы планет — не более 0,2 процента, приходится на регионы сильных ветровых потоков. Ученые предполагают, что основная причина ветров, вероятно, связана с тепловым разогревом, особенно на Нептуне.

Как на Юпитере и Сатурне, атмосферы которых гораздо более исследованы в различных наблюдениях — как наземными телескопами, так и в космических миссиях, в газовых оболочках Урана и Нептуна тоже выявляются широкие полосы, где доминируют направленные ветры, дующие в определенном направлении. Выделяются полосы в направлении вращения планеты в одних зонах, и в обратном направлении в других зональных полосах. На Нептуне скорость ветра может превысить -300 м/с (отрицательная величина говорит о том, что ветер направление ветра противоположно вращению самой планеты) в экваториальной зоне, а на Уране — 200 м/с в тропических широтах, вне экваториальной зоны.

Аналога земной коры газовые гиганты Уран и Нептун не имеют, у них нет твёрдой поверхности, поскольку под атмосферой располагаются в основном замёрзшие слои водородных соединений: воды, метана, аммиака и т. п., а под ними, возможно, находится каменное ядро. Атмосфера планет сине-голубая, состоящая из водорода, гелия и метана, ну, а синева атмосфер обеспечена наличием именно метана. Нептун согревается внутренним "жаром": его недра производят примерно в 1,6 раза больше тепла, чем получено от Солнца. Уран же самонагревается гораздо слабее: он выделяет всего около 6 процентов тепла по сравнению с полученным от далекого Солнца.

По-видимому, внутренний источник тепла может сказываться в образовании быстрых ветров, поскольку отсутствие иных физических факторов подсказывает такую возможность. Гравитационное поле планеты зависит не только от её общей массы, но и от формы тела, вращения и распределения плотности. Если имеется на планете участок атмосферы с высокой турбулентностью, то эта особенность проявится в гравитационных измерениях. "Вояджер-2" и "Хаббл" получили качественные данные о ветрах на Уране и Нептуне, и теперь авторы исследований конструируют компьютерные модели, чтобы проверить, каково влияние сильных ветров на гравитационное поле при различной толщине слоев, где дует ветер.

Результаты удивили и оказались неожиданными: лучшее соответствие выявлялось при отсутствии влияния на гравитационное поле со стороны той части атмосферы, где дует ветер. Исследователи оценили верхний предел толщины динамичного слоя в тысячу километров, а массу — всего в 0,2 процента от общей массы планеты. Чтобы не показалось, что тысяча километров — это много, припомним, что радиус Нептуна и Урана равен примерно 25 тысяч км.

Читайте также: Пришла весна, Уран сияет…

Когда будущие высокотехнологичные миссии, подобные "Кассини" или еще более совершенные, достигнут отдаленных планет на окраине Солнечной системы, будут сделаны подробные наблюдения и проверены первоначальные выводы. Физические условия на планетах- гигантах чрезвычайно отличаются от условий на Земле, тем интереснее разобраться в особенностях этих планет, таинственных и отдаленных.

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"