✖


Jump to content

Атмосфера Юпитера

(Перенаправлено с Белый овал )
Вихревые облака Юпитера на полноцветном изображении , полученном космическим телескопом Хаббл в апреле 2017 года. [ 1 ]

Атмосфера Юпитера — самая большая планетарная атмосфера Солнечной системы . Он в основном состоит из молекулярного водорода и гелия в примерно солнечных пропорциях ; другие химические соединения присутствуют лишь в небольших количествах и включают метан , аммиак , сероводород и воду . Хотя считается, что вода находится глубоко в атмосфере, ее концентрация, измеренная прямыми измерениями, очень низка. Содержание азота серы , в атмосфере Юпитера превышает солнечные значения и благородных газов примерно в три раза. [ 2 ]

Атмосфера Юпитера не имеет четкой нижней границы и постепенно переходит в жидкие недра планеты. [ 3 ] От низшего к высшему слоями атмосферы являются тропосфера , стратосфера , термосфера и экзосфера . Каждый слой имеет характерные температурные градиенты . [ 4 ] Самый нижний слой, тропосфера, имеет сложную систему облаков и дымки, состоящую из слоев аммиака, гидросульфида аммония и воды. [ 5 ] Верхние аммиачные облака, видимые на поверхности Юпитера, организованы в дюжину зональных полос, параллельных экватору , и ограничены мощными зональными атмосферными потоками (ветрами), известными как струи, демонстрирующие явление, известное как супервращение атмосферы . Полосы чередуются по цвету: темные полосы называются поясами , а светлые — зонами . Зоны, более холодные, чем пояса, соответствуют апвеллингам, а пояса отмечают нисходящий газ. [ 6 ] Считается, что более светлый цвет зон обусловлен аммиачным льдом; неизвестно, что придает ремням более темный цвет. [ 6 ] Происхождение полосчатой ​​структуры и джетов до конца не изучено, хотя существуют «мелкая модель» и «глубокая модель». [ 7 ]

Облака в движении

В атмосфере Юпитера наблюдается широкий спектр активных явлений, включая полосовую нестабильность, вихри ( циклоны и антициклоны ), штормы и молнии. [ 8 ] Вихри проявляются в виде крупных красных, белых или коричневых пятен (овалов). Два крупнейших пятна — Большое Красное Пятно (GRS). [ 9 ] и Овал Б.А. , [ 10 ] который тоже красный. Эти два и большинство других крупных пятен являются антициклоническими. Меньшие антициклоны имеют тенденцию быть белыми. Считается, что вихри представляют собой относительно мелкие структуры с глубиной, не превышающей нескольких сотен километров. GRS, расположенный в южном полушарии, является крупнейшим известным вихрем в Солнечной системе. Он мог поглотить две или три Земли и существовал уже как минимум триста лет. Овал BA, расположенный к югу от GRS, представляет собой красное пятно размером в треть GRS, образовавшееся в 2000 году в результате слияния трех белых овалов. [ 11 ]

На Юпитере случаются мощные штормы, часто сопровождающиеся ударами молний. Штормы являются результатом влажной конвекции в атмосфере, связанной с испарением и конденсацией воды. Это места сильного восходящего движения воздуха, что приводит к образованию ярких и плотных облаков. Штормы формируются преимущественно в поясных районах. Удары молний на Юпитере в сотни раз мощнее, чем на Земле, и предположительно связаны с водяными облаками. [ 12 ] Недавние наблюдения Юноны показывают, что удары молний на Юпитере происходят выше высоты водяных облаков (3-7 бар). [ 13 ] Разделение зарядов между падающими каплями жидкого аммиака и воды и частицами водяного льда может привести к возникновению молний на больших высотах. [ 13 ] Молнии в верхних слоях атмосферы также наблюдались на высоте 260 км выше уровня 1 бар. [ 14 ]

Вертикальная структура

[ редактировать ]
Вертикальная структура атмосферы Юпитера. Обратите внимание, что температура падает вместе с высотой над тропопаузой. « Галилео» Атмосферный зонд прекратил передачу на глубине 132 км ниже «поверхности» Юпитера на 1 бар. [ 4 ]

Атмосфера Юпитера делится на четыре слоя в зависимости от высоты: тропосфера , стратосфера , термосфера и экзосфера . В отличие от атмосферы Земли , у Юпитера нет мезосферы . [ 15 ] Юпитер не имеет твердой поверхности, а самый нижний слой атмосферы — тропосфера — плавно переходит в жидкие недра планеты. [ 3 ] Это результат того, что температура и давление значительно превышают критические точки для водорода и гелия, а это означает, что нет резкой границы между газовой и жидкой фазами. Водород считается сверхкритической жидкостью , когда температура выше 33 К и давление выше 13 бар. [ 3 ]

Поскольку нижняя граница атмосферы нечеткая, уровень давления 10 бар на высоте около 90 км ниже 1 бар с температурой около 340 К обычно считается основанием тропосферы. [ 4 ] В научной литературе за нулевую точку высот обычно выбирается уровень давления в 1 бар — «поверхность» Юпитера. [ 3 ] Как правило, верхний слой атмосферы, экзосфера, не имеет четкой верхней границы. [ 16 ] Плотность постепенно уменьшается, пока плавно не переходит в межпланетную среду на высоте примерно 5000 км над «поверхностью». [ 17 ]

Вертикальные градиенты температуры в атмосфере Юпитера аналогичны градиентам температуры в атмосфере Земли . Температура тропосферы снижается с высотой, пока не достигнет минимума в тропопаузе . [ 18 ] которая является границей между тропосферой и стратосферой. На Юпитере тропопауза находится примерно на 50 км над видимыми облаками (или на уровне 1 бара). Давление и температура в тропопаузе составляют около 0,1 бар и 110 К. [ 4 ] [ 19 ] (Это дает падение температуры 340–110 = 230 ° C на расстоянии 90 + 50 = 140 км. Адиабатический градиент на Земле составляет около 9,8 ° C на км. Адиабатический градиент пропорционален средней молекулярной массе и гравитационной силе. Последний примерно в 2,5 раза сильнее, чем на Земле, но средняя молекулярная масса примерно в 15 раз меньше.) В стратосфере температуры повышаются до . около 200 К при переходе в термосферу, на высоте и давлении около 320 км и 1 мкбар. [ 4 ] В термосфере температура продолжает расти, в конечном итоге достигая 1000 К на высоте около 1000 км, где давление составляет около 1 нбар. [ 20 ]

Тропосфера Юпитера содержит сложную облачную структуру. [ 21 ] Верхние облака, находящиеся в диапазоне давлений 0,6–0,9 бар, состоят из аммиачного льда. [ 22 ] под этими облаками аммиачного льда существуют более плотные облака, состоящие из гидросульфида аммония ((NH 4 )SH) или сульфида аммония ((NH 4 ) 2 S, давление между 1–2 барами) и воды (3–7 бар). Предполагается, что [ 23 ] [ 24 ] Метановых облаков нет, поскольку температура слишком высока для его конденсации. [ 21 ] Водяные облака образуют самый плотный слой облаков и оказывают сильнейшее влияние на динамику атмосферы. Это результат более высокой теплоты конденсации воды и более высокого содержания воды по сравнению с аммиаком и сероводородом (кислород является более распространенным химическим элементом, чем азот или сера). [ 15 ] Над основными слоями облаков располагаются различные тропосферные (при 200–500 мбар) и стратосферные (при 10–100 мбар) слои дымки. [ 23 ] [ 25 ] Слои стратосферной дымки состоят из конденсированных тяжелых полициклических ароматических углеводородов или гидразина , которые генерируются в верхних слоях стратосферы (1–100 мкбар) из метана под воздействием солнечного ультрафиолетового излучения (УФ). [ 21 ] Содержание метана по отношению к молекулярному водороду в стратосфере составляет около 10 −4 , [ 17 ] в то время как соотношение содержания других легких углеводородов, таких как этан и ацетилен, к молекулярному водороду составляет около 10 −6 . [ 17 ]

Термосфера Юпитера расположена при давлениях ниже 1 мкбар и демонстрирует такие явления, как свечение воздуха , полярные сияния и рентгеновское излучение. [ 26 ] Внутри него лежат слои повышенной плотности электронов и ионов, образующие ионосферу . [ 17 ] Высокие температуры, преобладающие в термосфере (800–1000 К), пока не объяснены; [ 20 ] существующие модели предсказывают температуру не выше примерно 400 К. [ 17 ] Они могут быть вызваны поглощением высокоэнергетического солнечного излучения (УФ или рентгеновского излучения), нагревом заряженных частиц, выпадающих из магнитосферы Юпитера, или рассеянием восходящих гравитационных волн . [ 27 ] Термосфера и экзосфера на полюсах и в низких широтах излучают рентгеновские лучи, которые впервые наблюдались обсерваторией Эйнштейна в 1983 году. [ 28 ] Энергичные частицы, исходящие из магнитосферы Юпитера, создают яркие авроральные овалы, окружающие полюса. В отличие от своих земных аналогов, которые появляются только во время магнитных бурь , полярные сияния — постоянные особенности атмосферы Юпитера. [ 28 ] Термосфера была первым местом за пределами Земли, где катион триводорода ( H +
3 ) был обнаружен. [ 17 ] Этот ион сильно излучает в средней инфракрасной части спектра на длинах волн от 3 до 5 мкм; это основной механизм охлаждения термосферы. [ 26 ]

Химический состав

[ редактировать ]
Содержание элементов по отношению к водороду
в Юпитере и Солнце [ 2 ]
Элемент Солнце Юпитер/Солнце
Он / Ч 0.0975 0.807 ± 0.02
Нет / Ч 1.23 × 10 −4 0.10 ± 0.01
Вкл / Ч 3.62 × 10 −6 2.5 ± 0.5
Кр /Ч 1.61 × 10 −9 2.7 ± 0.5
Транспортное средство / ч 1.68 × 10 −10 2.6 ± 0.5
С /Ч 3.62 × 10 −4 2.9 ± 0.5
Н /Ч 1.12 × 10 −4 3,6 ± 0,5 (8 бар)

3,2 ± 1,4 (9–12 бар)

ОЙ ​ 8.51 × 10 −4 0,033 ± 0,015 (12 бар)

0,19–0,58 (19 бар)

П /Ч 3.73 × 10 −7 0.82
С / Ч 1.62 × 10 −5 2.5 ± 0.15
Изотопные отношения в Юпитере и Солнце [ 2 ]
Соотношение Солнце Юпитер
13 С / 12 С 0.011 0.0108 ± 0.0005
15 Н / 14 Н <2,8 × 10 −3 2.3 ± 0.3 × 10 −3

(0,08–2,8 бар)

36 с / 38 С 5.77 ± 0.08 5.6 ± 0.25
20 Ne / 22 Ne 13.81 ± 0.08 13 ± 2
3 Он / 4 Он 1.5 ± 0.3 × 10 −4 1.66 ± 0.05 × 10 −4
Д / Ч 3.0 ± 0.17 × 10 −5 2.25 ± 0.35 × 10 −5

Состав атмосферы Юпитера аналогичен составу атмосферы планеты в целом. [ 2 ] Атмосфера Юпитера является наиболее изученной из всех планет-гигантов, поскольку она наблюдалась непосредственно Галилео атмосферным зондом , когда он вошел в атмосферу Юпитера 7 декабря 1995 года. [ 29 ] Другие источники информации о составе атмосферы Юпитера включают Инфракрасную космическую обсерваторию (ISO), [ 30 ] Галилео орбитальные аппараты и Кассини , [ 31 ] и наземные наблюдения. [ 2 ]

Двумя основными компонентами атмосферы Юпитера являются молекулярный водород ( H
2 ) и гелий . [ 2 ] Распространенность гелия составляет 0,157 ± 0,004 относительно молекулярного водорода по числу молекул, а его массовая доля — 0,234 ± 0,005 , что немного ниже изначального значения Солнечной системы. [ 2 ] Причина такого низкого содержания не совсем понятна, но часть гелия, возможно, конденсировалась в ядре Юпитера. [ 22 ] Эта конденсация, вероятно, будет иметь форму гелиевого дождя: при переходе водорода в металлическое состояние на глубинах более 10 000 км гелий отделяется от него, образуя капли, которые, будучи более плотными, чем металлический водород, опускаются к ядру. Это также может объяснить сильное истощение неона (см. Таблицу), элемента, который легко растворяется в каплях гелия и также будет переноситься в них к ядру. [ 32 ]

В атмосфере содержатся различные простые соединения, такие как вода , метан (CH 4 ), сероводород (H 2 S), аммиак (NH 3 ) и фосфин (PH 3 ). [ 2 ] Их обилие в глубокой (ниже 10 бар) тропосфере предполагает, что атмосфера Юпитера обогащена элементами углеродом , азотом , серой и, возможно, кислородом. [б] относительно Солнца в 2–4 раза. [с] [ 2 ] Благородные газы аргон , криптон и ксенон также появляются в изобилии по сравнению с солнечными уровнями (см. таблицу), а неон встречается реже. [ 2 ] Другие химические соединения, такие как арсин (AsH 3 ) и герман (GeH 4 ), присутствуют лишь в следовых количествах. [ 2 ] Верхняя атмосфера Юпитера содержит небольшое количество простых углеводородов, таких как этан , ацетилен и диацетилен , которые образуются из метана под воздействием солнечного ультрафиолетового излучения и заряженных частиц, поступающих из магнитосферы Юпитера . [ 2 ] Считается, что углекислый газ , окись углерода и вода, присутствующие в верхних слоях атмосферы, возникают в результате столкновения с кометами , такими как Шумейкер-Леви 9 . Вода не может поступать из тропосферы, потому что холодная тропопауза действует как холодная ловушка, эффективно предотвращая подъем воды в стратосферу (см. Вертикальную структуру выше). [ 2 ]

Измерения с Земли и космических аппаратов привели к улучшению знаний об изотопных соотношениях в атмосфере Юпитера. По состоянию на июль 2003 г. принятое значение содержания дейтерия составляет (2,25 ± 0,35) × 10. −5 , [ 2 ] которая, вероятно, представляет собой первоначальную ценность протосолнечной туманности , давшей начало Солнечной системе. [ 30 ] Соотношение изотопов азота в атмосфере Юпитера, 15 Н к 14 Н , составляет 2,3 × 10 −3 , что на треть ниже, чем в атмосфере Земли (3,5 × 10 −3 ). [ 2 ] Последнее открытие особенно важно, поскольку предыдущие теории формирования Солнечной системы считали земное значение соотношения изотопов азота изначальным. [ 30 ]

Зоны, ремни и форсунки

[ редактировать ]
Полярная стереографическая проекция атмосферы Юпитера, сосредоточенная вокруг южного полюса Юпитера.

Видимая поверхность Юпитера разделена на несколько полос, параллельных экватору. Существует два типа полос: светлоокрашенные зоны и относительно темные пояса. [ 6 ] Более широкая экваториальная зона (EZ) простирается между широтами примерно от 7 ° ю.ш. до 7 ° с.ш. Выше и ниже восточной зоны северный и южный экваториальные пояса (NEB и SEB) простираются до 18° с.ш. и 18° ю.ш. соответственно. Дальше от экватора лежат Северная и Южная тропические зоны (NtrZ и STrZ). [ 6 ] Чередование поясов и зон продолжается до полярных областей примерно на 50 градусах широты, где их видимый вид становится несколько приглушенным. [ 33 ]

Разница во внешнем виде зон и поясов вызвана различиями в непрозрачности облаков. Концентрация аммиака по зонам выше, что приводит к появлению более плотных облаков аммиачного льда на больших высотах, что, в свою очередь, приводит к их более светлому цвету. [ 18 ] С другой стороны, в поясах облака тоньше и располагаются на меньших высотах. [ 18 ] Верхняя тропосфера местами холоднее, а в поясах теплее. [ 6 ] Точная природа химических веществ, которые делают зоны и полосы Юпитера такими яркими, неизвестна, но они могут включать сложные соединения серы , фосфора и углерода . [ 6 ]

Полосы Юпитера ограничены зональными атмосферными потоками (ветрами), называемыми джетами . Джеты восточного ( проградного ) направления встречаются при переходе от зон к поясам (уходя от экватора), тогда как струи западного ( ретроградного ) направления отмечают переход от поясов к поясам. [ 6 ] Такая картина скорости потока означает, что импульс струй в восточном направлении уменьшается в поясах и увеличивается в зонах от экватора к полюсу. Поэтому сдвиг ветра в поясах имеет циклонический характер , а в зонах – антициклонический . [ 24 ] Зона EZ является исключением из этого правила: она демонстрирует сильную восточную (проградную) струю и имеет локальный минимум скорости ветра точно на экваторе. Скорость струй на Юпитере высока и достигает более 100 м/с. [ 6 ] Эти скорости соответствуют облакам аммиака, расположенным в диапазоне давлений 0,7–1 бар. Прямоходные струи обычно более мощные, чем ретроградные. [ 6 ] По данным гравиметра на борту космического корабля «Юнона» , струи простираются на тысячи километров внутрь . [ 34 ] Направление, в котором джеты проникают в планету, параллельно оси вращения Юпитера. [ 35 ] а не в радиальном направлении (к центру планеты), что соответствует теореме Тейлора-Прудмана . [ 36 ] Зонд Галилео измерил вертикальный профиль струи вдоль траектории ее спуска в атмосферу Юпитера, обнаружив, что ветры затухают на двух-трех высотах шкалы. [а] над облаками, а ниже уровня облаков ветер немного усиливается, а затем остается постоянным, по крайней мере, до 22 бар — максимальной рабочей глубины, достигнутой зондом. [ 19 ]

Зональные скорости ветра в атмосфере Юпитера.

Происхождение цветной полосчатой ​​структуры Юпитера не совсем ясно, хотя она может напоминать структуру облаков земных ячеек Хэдли . Самая простая интерпретация состоит в том, что зоны — это места атмосферного апвеллинга , а пояса — проявления даунвеллинга . [ 37 ] Когда воздух, обогащенный аммиаком, поднимается в зонах, он расширяется и охлаждается, образуя высокие и плотные белые облака. Однако в поясах воздух опускается, адиабатически нагреваясь, как в зоне конвергенции на Земле, и белые аммиачные облака испаряются, обнажая более низкие и темные облака. Расположение и ширина полос, скорость и расположение струй на Юпитере удивительно стабильны, изменившись лишь незначительно в период с 1980 по 2000 годы. Одним из примеров изменений является уменьшение скорости самой сильной восточной струи, расположенной на границе между Северным тропическим зона и северный умеренный пояс на 23° с.ш. [ 7 ] [ 37 ] Однако полосы со временем меняют окраску и интенсивность (см. «Конкретную полосу»). Эти вариации впервые наблюдались в начале семнадцатого века. [ 38 ]

Ячейки меридиональной циркуляции

[ редактировать ]

Ячейки меридиональной циркуляции представляют собой крупномасштабное атмосферное движение, при котором газ поднимается на определенной широте, движется в направлении север-юг (меридиональное), опускается и возвращается к началу в замкнутой ячейковой циркуляции. [ 39 ] На Земле меридиональная циркуляция состоит из 3 ячеек в каждом полушарии: клеток Хэдли , Феррела и полярных ячеек. На Юпитере видимые полосы облаков указывали на восходящее движение в зонах и нисходящее в поясах, что характерно только для нескольких верхних полос. [ 40 ] Однако более высокая частота вспышек молний в поясах, указывающая на восходящее движение атмосферы, указывала на обратное движение в более глубоких слоях атмосферы. [ 41 ] [ 42 ] Микроволновые измерения «Юноны» исследуют атмосферу до давления около 240 бар. [ 43 ] Эти измерения подтвердили существование этих движений в составе крупных циркуляционных ячеек средних широт с восходящими движениями в поясах и нисходящими в зонах, простирающимися от ~1 бар до не менее ~240 бар. [ 44 ] На данный момент в каждом полушарии Юпитера на широте 20–60° с.ш. идентифицировано по 8 ячеек. [ 44 ] Ячейки средних широт приводятся в движение атмосферными волнами , подобно ячейкам Феррела на Земле. [ 44 ] На Земле обратный поток в нижней ветви клеток уравновешивается трением в слое Экмана , баланс на Юпитере пока неизвестен, но одна из возможностей заключается в том, что трение поддерживается магнитным сопротивлением. [ 45 ]

Конкретные группы

[ редактировать ]
Идеализированная иллюстрация облачных полос Юпитера с их официальными сокращениями. Справа обозначены более светлые зоны, слева – более темные пояса. Большое красное пятно и овал BA показаны в южной тропической зоне и южном умеренном поясе соответственно.

Пояса и зоны, разделяющие атмосферу Юпитера, имеют свои названия и уникальные характеристики. Они начинаются ниже Северной и Южной полярных областей, которые простираются от полюсов примерно до 40–48° с.ш. Эти голубовато-серые области обычно безлики. [ 33 ]

Северо-Северный умеренный регион редко показывает больше деталей, чем полярные регионы, из-за затемнения кромок , ракурса и общей размытости черт. Тем не менее, Северо-Северный умеренный пояс (NNTB) является самым северным поясом, хотя иногда он исчезает. Нарушения, как правило, незначительны и кратковременны. Умеренная зона Север-Север (NNTZ), возможно, более заметна, но в целом спокойна. Изредка наблюдаются и другие второстепенные пояса и зоны в регионе. [ 46 ]

Северный умеренный регион является частью широтного региона, который легко наблюдать с Земли, и поэтому имеет превосходные результаты наблюдений. [ 47 ] Здесь также наблюдается самый сильный на планете реактивный поток — западное течение, которое образует южную границу Северного умеренного пояса (NTB). [ 47 ] NTB исчезает примерно раз в десятилетие (так было во время встреч с «Вояджерами» ), в результате чего Северная умеренная зона (NTZ), по-видимому, сливается с Северной тропической зоной (NTropZ). [ 47 ] В других случаях НТЗ делится узкой полосой на северную и южную составляющие. [ 47 ]

Северный тропический регион состоит из NTropZ и Северного экваториального пояса (NEB). Окраска NTropZ в целом стабильна, ее оттенок меняется только в тандеме с активностью южного реактивного течения NTB. Как и NTZ, он иногда разделяется узкой полосой NTropB. В редких случаях на юге NTropZ появляются «Маленькие красные пятна». Как следует из названия, это северный эквивалент Большого Красного Пятна. В отличие от GRS, они, как правило, возникают парами и всегда кратковременны, в среднем длятся год; один присутствовал во время встречи с «Пионером-10» . [ 48 ]

НЭБ — один из самых активных поясов на планете. Для него характерны антициклонические белые овалы и циклонические «баржи» (также известные как «коричневые овалы»), причем первые обычно формируются севернее, чем вторые; как и в NTropZ, большинство этих функций относительно недолговечны. Как и Южный экваториальный пояс (ЮЭП), СЭП иногда резко угасал и «возрождался». Срок этих изменений составляет около 25 лет. [ 49 ]

Зоны, пояса и вихри на Юпитере. В центре видна широкая экваториальная зона, окруженная двумя темными экваториальными поясами (SEB и NEB). Большие серовато-голубые «горячие точки» неправильной формы на северном краю белой экваториальной зоны меняются с течением времени по мере продвижения на восток по планете. Большое Красное Пятно находится на южной окраине ЮВВ. Вереницы небольших штормов вращаются вокруг овалов северного полушария. Маленькие, очень яркие детали, возможные грозы, быстро и случайно появляются в неспокойных регионах. Самые маленькие объекты, видимые на экваторе, имеют диаметр около 600 километров. Эта 14-кадровая анимация охватывает 24 юпитерианских дня, или около 10 земных дней. Течение времени ускоряется в 600 000 раз. Редкие черные пятна на изображении — это спутники Юпитера, попавшие в поле зрения.

Экваториальный регион (ЭЗ) — один из самых стабильных регионов планеты как по широте, так и по активности. На северной окраине ЗЗ расположены впечатляющие шлейфы, которые тянутся на юго-запад от СНБ и ограничены темными, теплыми (в инфракрасном диапазоне ) элементами, известными как фестоны (горячие точки). [ 50 ] Хотя южная граница ЗО обычно спокойна, наблюдения конца 19 - начала 20 века показывают, что тогда эта картина изменилась по сравнению с сегодняшней. Окраска EZ значительно варьируется: от бледного до охристого или даже медного оттенка; иногда он разделен экваториальной полосой (EB). [ 51 ] Объекты в ЗЗ движутся примерно на 390 км/ч относительно других широт. [ 52 ] [ 53 ]

Южный тропический регион включает Южный экваториальный пояс (ЮЭП) и Южную тропическую зону. Это, безусловно, самый активный регион на планете, поскольку здесь наблюдается сильнейшее ретроградное реактивное течение. SEB обычно является самым широким и темным поясом Юпитера; иногда он разделяется на зону (SEBZ) и может полностью исчезать каждые 3–15 лет, прежде чем снова появиться в так называемом цикле возрождения SEB. Через несколько недель или месяцев после исчезновения пояса образуется белое пятно, извергающее темно-коричневатый материал, который ветрами Юпитера растягивается в новый пояс. Последний раз пояс исчез в мае 2010 года. [ 54 ] Другой характеристикой ЮВБ является длинная череда циклонических возмущений, следующих за Большим Красным Пятном. Как и NTropZ, STropZ является одной из самых заметных зон на планете; он не только содержит GRS, но иногда разрывается Южно-тропическим возмущением (STropD), разделением зоны, которое может быть очень продолжительным; самый известный из них длился с 1901 по 1939 год. [ 55 ]

На этом изображении, полученном HST, видна редкая волновая структура к северу от экватора планеты. [ 56 ]

Южный умеренный регион, или Южный умеренный пояс (STB), — это еще один темный, заметный пояс, в большей степени, чем NTB; до марта 2000 года его наиболее известными особенностями были долговечные белые овалы BC, DE и FA, которые с тех пор объединились в овал BA («Красный младший»). Овалы входили в Южную умеренную зону, но простирались до СТБ, частично блокируя ее. [ 6 ] STB время от времени тускнеет, по-видимому, из-за сложного взаимодействия между белыми овалами и GRS. Внешний вид Южной умеренной зоны (СТЗ) — зоны, в которой возникли белые овалы, — весьма изменчив. [ 57 ]

На Юпитере есть и другие особенности, которые либо временны, либо их трудно наблюдать с Земли. Юг-Южный умеренный регион труднее различить даже, чем NNTR; ее детали неуловимы и могут быть хорошо изучены только с помощью больших телескопов или космических кораблей. [ 58 ] Многие зоны и пояса носят более преходящий характер и не всегда заметны. К ним относятся Экваториальный диапазон (EB), [ 59 ] Зона Северного экваториального пояса (NEBZ, белая зона внутри пояса) и зона Южного экваториального пояса (SEBZ). [ 60 ] Ремни также иногда разрываются из-за внезапного нарушения. Когда возмущение разделяет обычно единичный пояс или зону, добавляется буква N или S , чтобы указать, является ли компонент северным или южным; например, NEB(N) и NEB(S). [ 61 ]

Динамика

[ редактировать ]
2009
2010

Циркуляция в атмосфере Юпитера заметно отличается от циркуляции в атмосфере Земли . Внутренняя часть Юпитера жидкая и не имеет твердой поверхности. Следовательно, конвекция может возникать по всей внешней молекулярной оболочке планеты. По состоянию на 2008 год комплексная теория динамики атмосферы Юпитера не разработана. Любая такая теория должна объяснять следующие факты: существование узких стабильных полос и джетов, симметричных относительно экватора Юпитера, сильная поступательная струя, наблюдаемая на экваторе, различие между зонами и поясами, а также происхождение и сохранение крупных вихрей. например, Большое Красное Пятно. [ 7 ]

Теории динамики атмосферы Юпитера можно разделить на два класса: поверхностные и глубокие. Первые считают, что наблюдаемая циркуляция в основном ограничивается тонким внешним (погодным) слоем планеты, который перекрывает стабильную внутреннюю часть. Последняя гипотеза постулирует, что наблюдаемые атмосферные потоки являются лишь поверхностным проявлением глубоко укоренившейся циркуляции во внешней молекулярной оболочке Юпитера. [ 62 ] Поскольку обе теории имеют свои успехи и неудачи, многие ученые-планетологи полагают, что истинная теория будет включать элементы обеих моделей. [ 63 ]

Мелкие модели

[ редактировать ]

Первые попытки объяснить динамику атмосферы Юпитера относятся к 1960-м годам. [ 62 ] [ 64 ] Частично они основывались на земной метеорологии , ставшей к тому времени хорошо развитой. Эти мелкие модели предполагали, что струи на Юпитере вызываются мелкомасштабной турбулентностью , которая, в свою очередь, поддерживается влажной конвекцией во внешнем слое атмосферы (над водяными облаками). [ 65 ] [ 66 ] Влажная конвекция — явление, связанное с конденсацией и испарением воды, и является одним из основных факторов земной погоды. [ 67 ] Образование струй в этой модели связано с известным свойством двумерной турбулентности — так называемым обратным каскадом, при котором мелкие турбулентные структуры (вихри) сливаются, образуя более крупные. [ 65 ] Конечный размер планеты означает, что каскад не может производить структуры крупнее некоторого характерного масштаба, который для Юпитера называется масштабом Рейнса. Его существование связано с возникновением волн Россби . Этот процесс работает следующим образом: когда самые крупные турбулентные структуры достигают определенного размера, энергия начинает перетекать в волны Россби вместо более крупных структур, и обратный каскад прекращается. [ 68 ] Поскольку на сферической быстро вращающейся планете закон дисперсии волн Россби анизотропен , масштаб Рейнса в направлении, параллельном экватору, больше, чем в направлении, ортогональном ему. [ 68 ] Конечным результатом описанного выше процесса является создание крупномасштабных вытянутых структур, параллельных экватору. Их меридиональная протяженность, по-видимому, соответствует фактической ширине струй. [ 65 ] Следовательно, в неглубоких моделях вихри фактически питают струи и должны исчезнуть, слившись с ними.

Хотя эти модели атмосферного слоя могут успешно объяснить существование дюжины узких струй, у них есть серьезные проблемы. [ 65 ] Ярким недостатком модели является поступательная (сверхвращающаяся) экваториальная струя: за некоторыми редкими исключениями мелководные модели создают сильную ретроградную (субвращающуюся) струю, вопреки наблюдениям. Кроме того, струи имеют тенденцию быть нестабильными и со временем могут исчезнуть. [ 65 ] Поверхностные модели не могут объяснить, как наблюдаемые атмосферные потоки на Юпитере нарушают критерии устойчивости. [ 69 ] Более сложные многослойные версии моделей атмосферных слоев обеспечивают более стабильную циркуляцию, но многие проблемы сохраняются. [ 70 ] Между тем зонд «Галилео» обнаружил, что ветры на Юпитере распространяются значительно ниже водяных облаков при давлении 5–7 бар и не демонстрируют никаких признаков затухания до уровня давления 22 бар, что означает, что циркуляция в атмосфере Юпитера на самом деле может быть глубокой. . [ 19 ]

Глубокие модели

[ редактировать ]

Глубинная модель была впервые предложена Буссе в 1976 году. [ 71 ] [ 72 ] Его модель была основана на другой известной особенности механики жидкости — теореме Тейлора-Прудмана . Он утверждает, что в любой быстро вращающейся баротропной идеальной жидкости течения организованы в ряд цилиндров, параллельных оси вращения. Условия теоремы, вероятно, выполняются в жидких недрах Юпитера. Таким образом, молекулярно-водородную мантию планеты можно разделить на цилиндры, каждый из которых имеет циркуляцию, независимую от других. [ 73 ] Джетам соответствуют те широты, где внешняя и внутренняя границы цилиндров пересекаются с видимой поверхностью планеты; сами цилиндры наблюдаются в виде зон и поясов.

Тепловое изображение Юпитера, полученное инфракрасным телескопом НАСА.

Глубинная модель легко объясняет сильную поступательную струю, наблюдаемую на экваторе Юпитера; струи, которые он производит, стабильны и не подчиняются критерию 2D устойчивости. [ 73 ] Однако здесь есть серьезные трудности; он производит очень небольшое количество широких струй, а реалистичное моделирование трехмерных потоков невозможно по состоянию на 2008 год, а это означает, что упрощенные модели, используемые для обоснования глубокой циркуляции, могут не уловить важные аспекты динамики жидкости внутри Юпитера. [ 73 ] Одна модель, опубликованная в 2004 году, успешно воспроизвела структуру полосовой струи Юпитера. [ 63 ] Предполагалось, что мантия молекулярного водорода тоньше, чем во всех других моделях; занимая только внешние 10% радиуса Юпитера. В стандартных моделях интерьера Юпитера мантия составляет внешние 20–30%. [ 74 ] Еще одной проблемой является обеспечение глубокой циркуляции. Глубокие потоки могут быть вызваны как поверхностными силами (например, влажной конвекцией), так и глубокой общепланетной конвекцией, которая переносит тепло из недр Юпитера. [ 65 ] Какой из этих механизмов важнее, пока не ясно.

Внутреннее тепло

[ редактировать ]

Как известно с 1966 г. [ 75 ] Юпитер излучает гораздо больше тепла, чем получает от Солнца. Подсчитано, что отношение тепловой энергии, излучаемой планетой, к тепловой энергии, поглощаемой Солнцем, составляет 1,67 ± 0,09 . Внутренний тепловой поток от Юпитера составляет 5,44 ± 0,43 Вт/м. 2 , тогда как общая излучаемая мощность составляет 335 ± 26 петаватт . Последняя величина примерно равна одной миллиардной части полной мощности, излучаемой Солнцем. Это избыточное тепло в основном представляет собой изначальное тепло ранних фаз формирования Юпитера, но частично может быть результатом осаждения гелия в ядро. [ 76 ]

может Внутреннее тепло иметь важное значение для динамики атмосферы Юпитера. Хотя Юпитер имеет небольшой наклон около 3°, а его полюса получают гораздо меньше солнечной радиации, чем его экватор, температура тропосферы существенно не меняется от экватора к полюсам. Одно из объяснений состоит в том, что конвективная внутренняя часть Юпитера действует как термостат, выделяя больше тепла вблизи полюсов, чем в экваториальной области. Это приводит к равномерной температуре в тропосфере. В то время как на Земле тепло переносится от экватора к полюсам в основном через атмосферу , на Юпитере глубокая конвекция уравновешивает тепло. Считается, что конвекция внутри Юпитера обусловлена ​​главным образом внутренним теплом. [ 77 ]

Дискретные функции

[ редактировать ]

Вихри

[ редактировать ]
New Horizons Инфракрасный снимок атмосферы Юпитера, сделанный аппаратом

Атмосфера Юпитера является домом для сотен вихрей — круговых вращающихся структур, которые, как и в атмосфере Земли, можно разделить на два класса: циклоны и антициклоны . [ 8 ] Циклоны вращаются в направлении, аналогичном вращению планеты ( против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой стрелке в южном); антициклоны вращаются в обратном направлении. Однако, в отличие от земной атмосферы , на Юпитере антициклоны преобладают над циклонами — более 90% вихрей диаметром более 2000 км являются антициклонами. [ 78 ] Время жизни юпитерианских вихрей варьируется от нескольких дней до сотен лет в зависимости от их размера. Например, среднее время жизни антициклона диаметром от 1000 до 6000 км составляет 1–3 года. [ 79 ] Вихри никогда не наблюдались в экваториальной области Юпитера (в пределах 10° широты), где они неустойчивы. [ 11 ] Как и на любой быстро вращающейся планете, антициклоны Юпитера представляют собой центры высокого давления , а циклоны – низкого давления. [ 50 ]

Большое холодное пятно на Юпитере [ 80 ]
Облака Юпитера
( Юнона ; октябрь 2017 г.)

Антициклоны в атмосфере Юпитера всегда ограничены зонами, где скорость ветра увеличивается в направлении от экватора к полюсам. [ 79 ] Они обычно яркие и выглядят как белые овалы. [ 8 ] Они могут перемещаться по долготе , но оставаться примерно на той же широте, так как не могут выйти из ограничительной зоны. [ 11 ] Скорость ветра на их периферии составляет около 100 м/с. [ 10 ] Разные антициклоны, расположенные в одной зоне, при сближении имеют тенденцию сливаться. [ 81 ] Однако на Юпитере есть два антициклона, несколько отличающихся от всех остальных. Это Большое Красное Пятно (GRS). [ 9 ] и Овал БА; [ 10 ] последний образовался только в 2000 году. В отличие от белых овалов, эти структуры имеют красный цвет, возможно, из-за выемки красного материала из недр планеты. [ 9 ] На Юпитере антициклоны обычно образуются в результате слияния более мелких структур, включая конвективные штормы (см. Ниже), [ 79 ] хотя большие овалы могут быть результатом нестабильности струй. Последнее наблюдалось в 1938–1940 гг., когда в результате неустойчивости южного умеренного пояса появились немногочисленные белые овалы; Позже они объединились и образовали Oval BA. [ 10 ] [ 79 ]

В отличие от антициклонов, циклоны Юпитера, как правило, представляют собой небольшие, темные и неправильные структуры. Некоторые из более темных и правильных черт известны как коричневые овалы (или значки). [ 78 ] Однако было высказано предположение о существовании нескольких долгоживущих крупных циклонов. Помимо компактных циклонов, на Юпитере имеется несколько крупных нитевидных пятен неправильной формы, демонстрирующих циклоническое вращение . [ 8 ] Один из них расположен западнее ГРС (в области ее следа ) в южном экваториальном поясе. [ 82 ] Эти участки называются циклоническими областями (ЦР). Циклоны всегда расположены в поясах и имеют тенденцию сливаться при встрече друг с другом, подобно антициклонам. [ 79 ]

Глубинная структура вихрей до конца не ясна. Считается, что они относительно тонкие, поскольку любая толщина, превышающая примерно 500 км, приведет к нестабильности. Известно, что крупные антициклоны простираются всего на несколько десятков километров над видимыми облаками. По состоянию на 2008 год ранняя гипотеза о том, что вихри представляют собой глубокие конвективные шлейфы (или конвективные столбы), не разделяется большинством планетологов . [ 11 ]

Большое Красное Пятно

[ редактировать ]
Основная статья: Большое красное пятно
Большое Красное Пятно уменьшается в размерах (15 мая 2014 г.). [ 83 ]

Большое Красное Пятно (GRS) — постоянный антициклонический шторм , расположенный в 22° к югу от экватора Юпитера; наблюдения с Земли установили, что минимальная продолжительность шторма составляет 350 лет. [ 84 ] [ 85 ] описал шторм как «постоянное пятно» Джан Доменико Кассини после наблюдения этого объекта в июле 1665 года вместе со своим мастером по изготовлению инструментов Эстахио Дивини . [ 86 ] Согласно отчету Джованни Баттисты Риччоли в 1635 году, Леандер Бандтиус, которого Риччоли идентифицировал как аббата Дунисбурга, обладавшего «необыкновенным телескопом», наблюдал большое пятно, которое он описал как «овал, равный одной седьмой диаметра Юпитера в его самом длинном месте». ." По словам Риччоли, «эти особенности редко можно увидеть, и то только в телескоп исключительного качества и увеличения». [ 87 ] Однако за Большим Пятном постоянно наблюдают с 1870-х годов.

GRS вращается против часовой стрелки с периодом около шести земных дней. [ 88 ] или 14 юпитерианских дней. Его размеры составляют 24 000–40 000 км с востока на запад и 12 000–14 000 км с севера на юг. Пятно достаточно велико, чтобы вместить две или три планеты размером с Землю. В начале 2004 года Большое Красное Пятно имело примерно половину своей продольной протяженности, чем столетие назад, когда оно составляло 40 000 км в диаметре. При нынешних темпах сокращения потенциально оно может стать кольцевым к 2040 году, хотя это маловероятно из-за искажающего эффекта соседних струйных течений. [ 89 ] Неизвестно, как долго продлится это пятно, и является ли изменение результатом обычных колебаний. [ 90 ]

Инфракрасное изображение GRS (вверху) и овала BA (внизу слева), показывающее его холодный центр, полученное наземным Очень Большим Телескопом. Для сравнения показано изображение, полученное космическим телескопом Хаббл (внизу).

Согласно исследованию ученых Калифорнийского университета в Беркли , в период с 1996 по 2006 год пятно потеряло 15 процентов своего диаметра вдоль своей главной оси. Ксилар Асай-Дэвис, входивший в команду, проводившую исследование, отметил, что пятно не исчезает, потому что «скорость является более точным измерением, поскольку на облака, связанные с Красным пятном, также сильно влияют многочисленные другие явления в окружающей атмосфере. ." [ 91 ]

Инфракрасные данные уже давно указывают на то, что Большое Красное Пятно холоднее (и, следовательно, выше по высоте), чем большинство других облаков на планете; [ 92 ] Вершины облаков GRS находятся примерно на 8 км над окружающими облаками. Более того, тщательное отслеживание особенностей атмосферы выявило циркуляцию этого пятна против часовой стрелки еще в 1966 году – наблюдения, драматически подтвержденные первыми покадровыми видеороликами, сделанными во время пролетов «Вояджера» . [ 93 ] Пятно пространственно ограничено умеренным струйным течением, направленным на восток (прогрессивным) к югу и очень сильным струйным течением, направленным на запад (ретроградным) к северу. [ 94 ] Хотя максимальная скорость ветра вокруг края пятна составляет около 120 м/с (432 км/ч), течения внутри него кажутся застойными, с небольшим притоком или оттоком. [ 95 ] Период вращения пятна со временем уменьшался, возможно, в результате его постоянного уменьшения в размерах. [ 96 ] В 2010 году астрономы сделали снимки GRS в дальнем инфракрасном диапазоне (от 8,5 до 24 мкм) с пространственным разрешением выше, чем когда-либо прежде, и обнаружили, что ее центральная, самая красная область теплее, чем ее окружение, на К. 3–4 Теплая воздушная масса расположена в верхней тропосфере в диапазоне давлений 200–500 мбар. Это теплое центральное пятно медленно вращается в противоположном направлении и может быть вызвано слабым опусканием воздуха в центре GRS. [ 97 ]

Широта Большого Красного Пятна оставалась стабильной на протяжении всего периода хороших наблюдений, обычно меняясь примерно на градус. Однако его долгота подвержена постоянным изменениям. [ 98 ] [ 99 ] Поскольку видимые детали Юпитера не вращаются равномерно на всех широтах, астрономы определили три разные системы определения долготы. Система II используется для широт более 10° и первоначально основывалась на средней скорости вращения Большого Красного Пятна, равной 9 часов 55 минут 42 секунды. [ 100 ] [ 101 ] Несмотря на это, с начала 19 века это пятно «пересекло» планету в Системе II как минимум 10 раз. Скорость его дрейфа с годами резко изменилась и связана с яркостью южного экваториального пояса, а также наличием или отсутствием южнотропического возмущения. [ 102 ]

Приблизительное сравнение размеров Земли, наложенное на это изображение Большого Красного Пятна от 29 декабря 2000 г.

Точно неизвестно, что является причиной красноватого цвета Большого Красного Пятна. Теории, подтвержденные лабораторными экспериментами, предполагают, что цвет может быть вызван сложными органическими молекулами, красным фосфором или еще одним соединением серы. GRS сильно различается по оттенку: от почти кирпично-красного до бледно-лососевого или даже белого. Более высокая температура самой красной центральной области является первым свидетельством того, что на цвет Пятна влияют факторы окружающей среды. [ 97 ] Пятно время от времени исчезает из видимого спектра, становясь заметным только через впадину Красного пятна, которая является его нишей в Южном экваториальном поясе (ЮВП). Видимость GRS, очевидно, связана с появлением SEB; когда пояс ярко-белый, пятно имеет тенденцию быть темным, а когда он темный, пятно обычно светлое. Периоды, когда пятно темное или светлое, происходят через неравные промежутки времени; за 50 лет с 1947 по 1997 год самое темное пятно было в периоды 1961–1966, 1968–1975, 1989–1990 и 1992–1993 годов. [ 103 ] В ноябре 2014 года анализ данных миссии НАСА «Кассини» показал, что красный цвет, вероятно, является продуктом простых химических веществ, расщепляемых солнечным ультрафиолетовым излучением в верхних слоях атмосферы планеты. [ 104 ] [ 105 ] [ 106 ]

Большое Красное Пятно не следует путать с Большим Темным Пятном, объектом, наблюдавшимся возле северного полюса Юпитера (внизу) в 2000 году космическим кораблем Кассини-Гюйгенс . [ 107 ] Особенность в атмосфере Нептуна также получила название « Большое темное пятно» . Последняя особенность, полученная «Вояджером-2» в 1989 году, могла быть атмосферной дырой, а не штормом. В 1994 году его уже не было, хотя подобное пятно появилось севернее. [ 108 ]

Овал БА

[ редактировать ]
Овал БА (слева)

Овал BA — красная буря в южном полушарии Юпитера, похожая по форме на Большое красное пятно, хотя и меньше его (его часто ласково называют «Красное пятно-младшее», «Красное-младшее» или «Маленькое красное пятно»). ). Овал BA, характерный для южного умеренного пояса, был впервые замечен в 2000 году после столкновения трех небольших белых штормов, и с тех пор его интенсивность усилилась. [ 109 ]

Формирование трех белых овальных штормов, которые позже объединились в Овал BA, можно проследить до 1939 года, когда Южная умеренная зона была разорвана темными образованиями, которые фактически разделили зону на три длинные секции. Наблюдатель-юпитерианец Элмер Дж. Риз обозначил темные участки AB, CD и EF. Разломы расширились, сжав оставшиеся сегменты СТЗ в белые овалы FA, BC и DE. [ 110 ] Ovals BC и DE объединились в 1998 году, образовав Oval BE. Затем, в марте 2000 года, BE и FA объединились, образовав Oval BA. [ 109 ] (см. Белые овалы ниже)

Формирование Овала БА из трех белых овалов.
Овал BA (внизу), Большое красное пятно (вверху) и «Детское красное пятно» (в центре) во время короткой встречи в июне 2008 г.

Овал БА начал медленно краснеть в августе 2005 года. [ 111 ] 24 февраля 2006 года филиппинский астроном-любитель Кристофер Го обнаружил изменение цвета, отметив, что оно достигло того же оттенка, что и GRS. [ 111 ] В результате писатель НАСА доктор Тони Филлипс предложил назвать его «Красное пятно-младшее». или «Рыжий младший». [ 112 ]

В апреле 2006 года группа астрономов, полагая, что Овал БА в этом году может сойтись с GRS, наблюдала за бурями через космический телескоп Хаббл . [ 113 ] Штормы сменяют друг друга примерно каждые два года, но события 2002 и 2004 годов не принесли ничего интересного. Доктор Эми Саймон -Миллер из Центра космических полетов Годдарда предсказала, что штормы пройдут ближе всего 4 июля 2006 года. [ 113 ] 20 июля два шторма были сфотографированы обсерваторией Джемини, не сходясь друг с другом. [ 114 ]

Почему Овал БА покраснел, непонятно. Согласно исследованию 2008 года, проведенному доктором Сантьяго Пересом-Ойосом из Университета Страны Басков, наиболее вероятным механизмом является «диффузия вверх и внутрь либо окрашенного соединения, либо паров покрытия, которые могут позже взаимодействовать с солнечными фотонами высокой энергии при верхние уровни Овала БА». [ 115 ] Некоторые полагают, что небольшие штормы (и соответствующие им белые пятна) на Юпитере становятся красными, когда ветры становятся достаточно мощными, чтобы вытягивать определенные газы из более глубоких слоев атмосферы, которые меняют цвет, когда эти газы подвергаются воздействию солнечного света. [ 116 ]

Овальный БА усиливается по наблюдениям космического телескопа Хаббл в 2007 году. Скорость ветра достигла 618 км/ч; примерно такой же, как в Большом Красном Пятне, и намного сильнее, чем любой из штормов-прародителей. [ 117 ] [ 118 ] По состоянию на июль 2008 года его размер примерно равен диаметру Земли — примерно вдвое меньше Большого Красного Пятна. [ 115 ]

Овал BA не следует путать с другим крупным штормом на Юпитере, Южно-тропическим Маленьким красным пятном (LRS) (прозванным НАСА «Детское красное пятно»). [ 119 ] ), который был уничтожен GRS. [ 116 ] Новый шторм, ранее представлявший собой белое пятно на изображениях Хаббла, в мае 2008 года стал красным. Наблюдения проводил Имке де Патер из Калифорнийского университета в Беркли, США . [ 120 ] Маленькое красное пятно столкнулось с GRS в конце июня — начале июля 2008 года, и в ходе столкновения меньшее красное пятно было разорвано на куски. Остатки Детского Красного Пятна сначала вышли на орбиту, а затем были поглощены GRS. Последний из остатков красноватого цвета, обнаруженный астрономами, исчез к середине июля, а оставшиеся куски снова столкнулись с GRS, а затем, наконец, слились с более крупным штормом. Остальные части Детского Красного Пятна полностью исчезли к августу 2008 года. [ 119 ] Во время этой встречи Овал БА присутствовал поблизости, но не сыграл очевидной роли в разрушении Маленького Красного Пятна. [ 119 ]

Штормы и молнии

[ редактировать ]
Молния на ночной стороне Юпитера, снимок орбитального аппарата Галилео в 1997 году.
Юпитер – южные штормы – JunoCam [ 121 ]

Штормы на Юпитере похожи на грозы на Земле. Они проявляются через яркие клочковатые облака размером около 1000 км, которые время от времени появляются в циклонических областях поясов, особенно в пределах сильных западных (ретроградных) струй. [ 122 ] В отличие от вихрей, штормы — кратковременные явления; самые сильные из них могут существовать несколько месяцев, тогда как среднее время жизни составляет всего 3–4 дня. [ 122 ] Считается, что они вызваны главным образом влажной конвекцией в тропосфере Юпитера. Штормы на самом деле представляют собой высокие конвективные столбы ( шлейфы ), которые переносят влажный воздух из глубин в верхнюю часть тропосферы, где он конденсируется в облаках. Типичная вертикальная протяженность юпитерианских штормов составляет около 100 км; поскольку они простираются от уровня давления около 5–7 бар, где находится основание гипотетического слоя водяных облаков, до 0,2–0,5 бар. [ 123 ]

Бури на Юпитере всегда связаны с молниями . Снимки ночного полушария Юпитера, полученные космическими аппаратами Галилео и Кассини, выявили регулярные световые вспышки в поясах Юпитера и вблизи мест расположения западных струй, особенно на широтах 51° с.ш., 56° ю.ш. и 14° ю.ш. [ 124 ] На Юпитере удары молний в среднем в несколько раз мощнее, чем на Земле. Однако они встречаются реже; света сила , излучаемого из данной области, аналогична мощности света на Земле. [ 124 ] В полярных регионах было обнаружено несколько вспышек, что сделало Юпитер второй известной планетой после Земли, на которой наблюдаются полярные молнии. [ 125 ] Микроволновой радиометр ( Юнона ) обнаружил в 2018 году гораздо больше.

Каждые 15–17 лет Юпитер отмечен особенно мощными штормами. Они появляются на 23° северной широты, где находится самая сильная струя восточного направления, скорость которой может достигать 150 м/с. Последний раз подобное событие наблюдалось в марте–июне 2007 года. [ 123 ] Два шторма возникли в северном умеренном поясе на расстоянии 55° друг от друга по долготе. Они существенно потревожили пояс. Темный материал, выброшенный штормами, смешался с облаками и изменил цвет пояса. Штормы двигались со скоростью до 170 м/с, что немного быстрее, чем сама струя, что намекает на существование сильных ветров глубоко в атмосфере. [ 123 ] [д]

Циркумполярные циклоны

[ редактировать ]
Изображение JIRAM южных ЦПК

Другой примечательной особенностью Юпитера являются его циклоны вблизи северного и южного полюсов планеты. Их называют циркумполярными циклонами (CPC), и они наблюдались космическим кораблем Juno с использованием JunoCam и JIRAM. Циклоны наблюдаются уже около 5 лет, поскольку Юнона совершила 39 витков вокруг Юпитера. [ 126 ] На северном полюсе есть восемь циклонов, движущихся вокруг центрального циклона (NPC), в то время как на южном полюсе есть только пять циклонов вокруг центрального циклона (SPC), с промежутком между первым и вторым циклонами. [ 127 ] Циклоны похожи на ураганы на Земле с тянущимися спиральными рукавами и более плотным центром, хотя между центрами есть различия в зависимости от конкретного циклона. Северные CPC обычно сохраняют свою форму и положение по сравнению с южными CPC, и это может быть связано с более высокими скоростями ветра, которые наблюдаются на юге, где максимальные скорости ветра составляют от 80 до 90 м/с. [ 128 ] Хотя среди южных ЦПК движение больше, они, как правило, сохраняют пятиугольную структуру относительно полюса. Также было замечено, что угловая скорость ветра увеличивается по мере приближения к центру, а радиус становится меньше, за исключением одного циклона на севере, который может иметь вращение в противоположном направлении. Разница в количестве циклонов на севере по сравнению с югом, вероятно, связана с размерами циклонов. [ 129 ] Южные ЦПК, как правило, больше по размеру и имеют радиусы от 5600 до 7000 км, тогда как северные ЦПК имеют радиус от 4000 до 4600 км. [ 130 ]

Механизм стабильности этих двух симметричных структур циклонов является результатом бета-дрейфа , известного эффекта, заставляющего циклоны двигаться к полюсу, а антициклоны — к экватору из-за сохранения импульса вдоль линий тока в вихре при изменении Кориолиса параметра . [ 131 ] Таким образом, циклоны, образующиеся в полярных регионах, могут собираться на полюсе и образовывать полярный циклон, подобный тем, которые наблюдаются на полюсах Сатурна . [ 132 ] [ 133 ] Полярный циклон (центральный циклон в многоугольниках) также излучает поле завихренности , которое может отталкивать другие циклоны (см. Эффект Фудзивары ), аналогично бета-эффекту. Широта , на которой расположены циркумполярные циклоны (~ 84 °), в расчетах соответствует гипотезе о том, что сила бета-дрейфа в направлении к полюсу уравновешивает отклонение полярного циклона в сторону экватора от циркумполярных циклонов, [ 134 ] предполагая, что вокруг них есть антициклоническое кольцо, что соответствует моделированию [ 135 ] и наблюдения. [ 134 ]

Северные циклоны имеют тенденцию сохранять восьмиугольную структуру с NPC в центре. У северных циклонов меньше данных, чем у южных циклонов, из-за ограниченного освещения в северно-полярную зиму, что затрудняет для JunoCam получение точных измерений положения северного ЦПК в каждый перийов (53 дня), но JIRAM может собрать достаточно данных для понимания. северные ЦПК. Из-за ограниченного освещения трудно увидеть северный центральный циклон, но, сделав четыре витка, можно частично увидеть NPC и идентифицировать восьмиугольную структуру циклонов. Ограниченное освещение также затрудняет наблюдение за движением циклонов, но ранние наблюдения показывают, что NPC смещен от полюса примерно на 0,5˚, а CPC в целом сохраняют свое положение вокруг центра. Несмотря на то, что данные сложнее получить, было замечено, что северные ЦПК имеют скорость дрейфа примерно от 1˚ до 2,5˚ за перийов на запад. Седьмой циклон на севере (n7) дрейфует немного больше остальных, и это связано с антициклоническим белым овалом (AWO), который тянет его дальше от NPC, из-за чего восьмиугольная форма слегка искажается.

Мгновенные местоположения южных полярных циклонов отслеживались в течение 5 лет с помощью инструмента JIRAM и JunoCam . [ 136 ] [ 137 ] Было обнаружено, что места с течением времени образуют колебательное движение каждого из 6 циклонов с периодами примерно один (земной) год и радиусами около 400 км. [ 138 ] Было объяснено, что эти колебания вокруг средних положений ЦПК являются результатом дисбаланса между бета-дрейфом, притягивающим ЦПК к полюсу, и силами отталкивания, которые развиваются из-за взаимодействия между циклонами, аналогично пружинной системе с шестью телами. . [ 139 ] В дополнение к этому периодическому движению наблюдалось дрейф южных полярных циклонов на запад со скоростью 7,5±0,7˚ в год. [ 140 ] Причина такого дрейфа пока неизвестна.

Циркумполярные циклоны имеют различную морфологию, особенно на севере, где циклоны имеют «наполненную» или «хаотическую» структуру. Внутренняя часть «хаотичных» циклонов имеет мелкие облачные полосы и пятна. «Заполненные» циклоны имеют четко очерченную лопастную область, ярко-белую по краю и темную внутреннюю часть. На севере четыре «наполненных» циклона и четыре «хаотических» циклона. Все южные циклоны имеют снаружи обширную мелкомасштабную спиральную структуру, но все они различаются по размеру и форме. За циклонами наблюдают очень мало из-за малых углов наклона солнца и дымки, которая обычно над атмосферой, но то немногое, что было обнаружено, показывает, что циклоны имеют красноватый цвет.

Изображение экваториальной горячей точки в ложных цветах.

Нарушения

[ редактировать ]

Нормальный рисунок полос и зон иногда на какое-то время нарушается. Одним из конкретных классов нарушений являются долговременные затемнения в южной тропической зоне, обычно называемые «южно-тропическими нарушениями» (STD). Самая продолжительная ЗППП в зарегистрированной истории наблюдалась с 1901 по 1939 год, ее впервые увидел Перси Б. Молсуорт 28 февраля 1901 года. Она приняла форму затемнения над частью обычно яркой южной тропической зоны. С тех пор было зарегистрировано несколько подобных нарушений в южной тропической зоне. [ 141 ]

Горячие точки

[ редактировать ]

Некоторые из самых загадочных особенностей атмосферы Юпитера — это горячие точки. В них воздух относительно свободен от облаков и тепло может уходить из глубины без особого поглощения. Пятна выглядят как яркие пятна на инфракрасных изображениях, полученных на длине волны около 5 мкм. [ 50 ] Они преимущественно расположены в поясах, хотя на северной окраине Экваториальной зоны имеется ряд заметных горячих точек. Зонд «Галилео» опустился в одну из таких экваториальных точек. С каждым экваториальным пятном связан яркий облачный шлейф, расположенный западнее него и достигающий размеров до 10 000 км. [ 6 ] Горячие точки обычно имеют круглую форму, хотя и не напоминают вихри. [ 50 ]

Происхождение горячих точек неясно. Это могут быть либо нисходящие потоки , при которых нисходящий воздух адиабатически нагревается и осушается, либо, наоборот, они могут быть проявлением волн планетарного масштаба. Последняя гипотеза объясняет периодичность появления экваториальных пятен. [ 6 ] [ 50 ]

Возможность жизни

[ редактировать ]

В 1953 году эксперимент Миллера-Юри доказал, что сочетание молний и соединений, существующих в атмосфере примитивной Земли, может образовывать органические вещества (в том числе аминокислоты), которые можно использовать в качестве краеугольного камня жизни. Моделируемая атмосфера состоит из молекул воды, метана, аммиака и водорода; все эти вещества присутствуют в сегодняшней атмосфере Юпитера. Атмосфера Юпитера имеет сильный вертикальный поток воздуха, который переносит эти соединения в нижние области. Но внутри Юпитера более высокие температуры, которые будут разлагать эти химические вещества и препятствовать образованию жизни, подобной земной. [ 142 ] Об этом предположили Карл Саган и Эдвин Э. Солпитер .

История наблюдений

[ редактировать ]
Основная статья: Исследование Юпитера
Покадровая съемка сближения "Вояджера-1" с Юпитером.

Ранние современные астрономы с помощью небольших телескопов зафиксировали изменение внешнего вида атмосферы Юпитера. [ 25 ] Их описательные термины — пояса и зоны, бурые пятна и красные пятна, шлейфы, баржи, фестоны и ленты — используются до сих пор. [ 143 ] Другие термины, такие как завихренность, вертикальное движение, высота облаков, вошли в употребление позже, в 20 веке. [ 25 ]

Первые наблюдения атмосферы Юпитера с более высоким разрешением, чем это возможно с помощью наземных телескопов, были сделаны космическими кораблями «Пионер -10» и «Пионер- 11» . Первые по-настоящему подробные изображения атмосферы Юпитера были предоставлены «Вояджерами» . [ 25 ] Два космических корабля смогли получить изображения деталей с разрешением всего 5 км в различных спектрах, а также создать «фильмы приближения» атмосферы в движении. [ 25 ] Зонд Галилео , у которого возникла проблема с антенной, видел меньшую часть атмосферы Юпитера, но с лучшим средним разрешением и более широкой спектральной полосой пропускания. [ 25 ]

Сегодня астрономы имеют доступ к постоянным данным атмосферной активности Юпитера благодаря таким телескопам, как космический телескоп Хаббл. Они показывают, что атмосфера иногда подвергается сильным возмущениям, но в целом она удивительно стабильна. [ 25 ] Вертикальное движение атмосферы Юпитера во многом определялось обнаружением газовых примесей наземными телескопами. [ 25 ] Спектроскопические исследования после столкновения кометы Шумейкера-Леви 9 дали представление о составе Юпитера под верхушками облаков. Было зафиксировано присутствие двухатомной серы (S 2 ) и сероуглерода (CS 2 ) — первое обнаружение любого из них на Юпитере и только второе обнаружение S 2 в любом астрономическом объекте — вместе с другими молекулами, такими как аммиак (NH 3 ) и сероводорода (H 2 S), тогда как кислородсодержащие молекулы, такие как диоксид серы , к удивлению астрономов, не были обнаружены. [ 144 ]

« Галилео» Атмосферный зонд во время погружения в Юпитер измерил ветер, температуру, состав облаков и уровни радиации до 22 бар. Однако в других местах Юпитера ниже 1 бара в количествах существует неопределенность. [ 25 ]

Исследования Большого Красного Пятна

[ редактировать ]
Более узкий вид Юпитера и Большого Красного Пятна, сделанный с корабля "Вояджер-1" в 1979 году.

Первое наблюдение GRS часто приписывают Роберту Гуку , который описал место на планете в мае 1664 года; однако вполне вероятно, что место Гука вообще находилось не в том поясе (Северный экваториальный пояс, а не нынешнее местоположение в Южном экваториальном поясе). Гораздо более убедительным является Джованни Кассини «постоянного пятна» в следующем году. описание [ 145 ] При колебаниях видимости пятно Кассини наблюдалось с 1665 по 1713 год. [ 146 ]

Незначительная загадка касается пятна Юпитера, изображенного около 1700 года на холсте Донато Крети , выставленном в Ватикане . [ 147 ] [ 148 ] Это часть серии панелей, на которых различные (увеличенные) небесные тела служат фоном для различных итальянских сцен; создания всех из них контролируется астрономом Эстахио Манфреди точность . Картина Крети - первая известная картина, на которой GRS изображен в красном цвете. Ни одна деталь Юпитера официально не описывалась как красная до конца 19 века. [ 148 ]

Нынешняя GRS была впервые замечена только после 1830 года и хорошо изучена только после заметного явления в 1879 году. Наблюдения, сделанные после 1830 года, от ее открытия в 17 веке отделяет 118-летний разрыв; неизвестно, рассеялось ли первоначальное пятно и сформировалось заново, потускнело ли оно или даже данные наблюдений были просто плохими. [ 103 ] Старые пятна имели короткую историю наблюдений и более медленное движение, чем современное пятно, что делает их идентичность маловероятной. [ 147 ]

Хаббла Широкоугольная камера 3 сняла область GRS в наименьшем за всю историю размере.

25 февраля 1979 года, когда космический корабль «Вояджер-1» находился на расстоянии 9,2 миллиона километров от Юпитера, он передал на Землю первое детальное изображение Большого Красного Пятна. Были видны детали облаков размером всего 160 км в поперечнике. Красочный волнистый узор облаков, видимый к западу (слева) от GRS, представляет собой область следа от этого пятна, где наблюдаются чрезвычайно сложные и переменные движения облаков. [ 149 ]

Белые овалы

[ редактировать ]
Белые овалы, которые позже сформировали овал BA, сфотографированы орбитальным аппаратом Галилео в 1997 году.

Белые овалы, которые должны были стать Овалом BA, образовались в 1939 году. Они охватывали почти 90 градусов долготы ; вскоре после своего формирования, но быстро сокращались в течение первого десятилетия их длина стабилизировалась на уровне 10 градусов или меньше после 1965 года. [ 150 ] Хотя они возникли как сегменты СТЗ, в ходе эволюции они полностью влились в Южный умеренный пояс, что позволяет предположить, что они двинулись на север, «выкапывая» нишу в СТЗ. [ 151 ] Действительно, как и в случае с GRS, их циркуляция была ограничена двумя противоположными струйными течениями на их северной и южной границах: струя, направленная на восток к северу, и ретроградная струя, направленная на запад к югу. [ 150 ]

На продольное движение овалов, по-видимому, повлияли два фактора: положение Юпитера на его орбите (они становились быстрее в афелии ) и их близость к GRS (они ускорялись, находясь в пределах 50 градусов от Пятна). [ 152 ] Общая тенденция скорости дрейфа белого овала заключалась в замедлении, с уменьшением вдвое в период с 1940 по 1990 год. [ 153 ]

Во время пролетов «Вояджера» овалы простирались примерно на 9000 км с востока на запад, на 5000 км с севера на юг и вращались каждые пять дней (по сравнению с шестью для GRS в то время). [ 154 ]

См. также

[ редактировать ]

Примечания

[ редактировать ]
  1. ^ Высота шкалы sh определяется как sh = RT /( Mg j ) , где R = 8,31 Дж/моль/К — газовая постоянная , M ≈ 0,0023 кг/моль — средняя молярная масса в атмосфере Юпитера, [ 4 ] T — температура и g j ≈ 25 м/с. 2 — гравитационное ускорение на поверхности Юпитера. Поскольку температура изменяется от 110 К в тропопаузе до 1000 К в термосфере, [ 4 ] масштабная высота может принимать значения от 15 до 150 км.
  2. ^ Атмосферный зонд «Галилео» не смог измерить глубинное содержание кислорода, поскольку концентрация воды продолжала увеличиваться до уровня давления 22 бар, когда он прекратил работу. Хотя фактически измеренное содержание кислорода намного ниже солнечного значения, наблюдаемое быстрое увеличение содержания воды в атмосфере с глубиной делает весьма вероятным, что глубинное содержание кислорода действительно превышает солнечное значение примерно в 3 раза - примерно так же, как другие элементы. [ 2 ]
  3. ^ Были предложены различные объяснения переизбытка углерода, кислорода, азота и других элементов. Главный из них заключается в том, что Юпитер захватил большое количество ледяных планетезималей на более поздних стадиях своей аккреции. Считается, что летучие вещества, такие как благородные газы, задерживаются в виде клатратных гидратов в водяном льду. [ 2 ]
  4. ^ НАСА Космический телескоп «Хаббл» зафиксировал 25 августа 2020 года шторм, движущийся вокруг планеты со скоростью 350 миль в час (560 км/ч). [ 155 ] Кроме того, исследования Калифорнийского технологического института сообщили, что штормы на Юпитере похожи на земные: они формируются вблизи экватора, а затем движутся к полюсам. Однако штормы Юпитера не испытывают никакого трения со стороны суши или океанов; следовательно, они дрейфуют, пока не достигнут полюсов, которые порождают так называемые полигональные штормы. [ 156 ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ «Хаббл снимает Юпитер крупным планом» . spacetelescope.org . ESO / Хаббл Медиа . 6 апреля 2017 года . Проверено 10 апреля 2017 г. .
  2. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д Атрея Махаффи Ниманн и др. 2003 .
  3. ^ Перейти обратно: а б с д Гийо (1999)
  4. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Сифф и др. (1998)
  5. ^ Атрея и Вонг 2005 .
  6. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л Ингерсолл (2004) , стр. 2–5.
  7. ^ Перейти обратно: а б с Васавада (2005) , с. 1942–1974 гг.
  8. ^ Перейти обратно: а б с д Васавада (2005) , с. 1974 год
  9. ^ Перейти обратно: а б с Васавада (2005) , стр. 1978–1980 гг.
  10. ^ Перейти обратно: а б с д Васавада (2005) , стр. 1980–1982 гг.
  11. ^ Перейти обратно: а б с д Васавада (2005) , с. 1976 год
  12. ^ Смит, Брэдфорд А.; Содерблом, Лоуренс А.; Джонсон, Торренс В.; Ингерсолл, Эндрю П.; Коллинз, Стюарт А.; Шумейкер, Юджин М.; Хант, GE; Масурский, Гарольд; Карр, Майкл Х. (1 июня 1979 г.). «Система Юпитера глазами «Вояджера-1». Наука . 204 (4396): 951–972. Бибкод : 1979Sci...204..951S . дои : 10.1126/science.204.4396.951 . ISSN   0036-8075 . ПМИД   17800430 . S2CID   33147728 .
  13. ^ Перейти обратно: а б Беккер, Хайди Н .; Александр, Джеймс В.; Атрея, Сушил К.; Болтон, Скотт Дж.; Бреннан, Мартин Дж.; Браун, Шеннон Т.; Гийом, Александр; Гийо, Тристан; Ингерсолл, Эндрю П.; Левин, Стивен М.; Лунин, Джонатан И. (5 августа 2020 г.). «Маленькие вспышки молний от неглубоких электрических бурь на Юпитере» . Природа . 584 (7819): 55–58. Бибкод : 2020Natur.584...55B . дои : 10.1038/s41586-020-2532-1 . ISSN   1476-4687 . ПМИД   32760043 . S2CID   220980694 . Проверено 17 января 2021 г.
  14. ^ Джайлз, Рохини С.; Грейтхаус, Томас К.; Бонфонд, Бертран; Гладстон, Дж. Рэндалл; Каммер, Джошуа А.; Хюэ, Винсент; Гродент, Денис К.; Жерар, Жан-Клод; Верстег, Мартен Х.; Вонг, Майкл Х.; Болтон, Скотт Дж. (2020). «Возможные кратковременные световые явления, наблюдаемые в верхней атмосфере Юпитера» . Журнал геофизических исследований: Планеты . 125 (11): e2020JE006659. arXiv : 2010.13740 . Бибкод : 2020JGRE..12506659G . дои : 10.1029/2020JE006659 . hdl : 2268/252816 . ISSN   2169-9100 . S2CID   225075904 .
  15. ^ Перейти обратно: а б Ингерсолл (2004) , стр. 13–14.
  16. ^ Йелле (2004) , с. 1
  17. ^ Перейти обратно: а б с д и ж Миллер Эйлуорд и др. 2005 .
  18. ^ Перейти обратно: а б с Ингерсолл (2004) , стр. 5–7.
  19. ^ Перейти обратно: а б с Ингерсолл (2004) , с. 12
  20. ^ Перейти обратно: а б Йелле (2004) , стр. 15–16
  21. ^ Перейти обратно: а б с Атрейя Вонг Бейнс и др. 2005 .
  22. ^ Перейти обратно: а б Атрея Вонг Оуэн и др. 1999 .
  23. ^ Перейти обратно: а б Уэст и др. (2004) , стр. 9–10, 20–23.
  24. ^ Перейти обратно: а б Васавада (2005) , с. 1937 год
  25. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я Ингерсолл (2004) , с. 8
  26. ^ Перейти обратно: а б Йелле (2004) , стр. 1–12.
  27. ^ Йелле (2004) , стр. 22–27
  28. ^ Перейти обратно: а б Бхардвадж и Гладстон 2000 , стр. 299–302.
  29. ^ Макдауэлл, Джонатан (8 декабря 1995 г.). «Космический отчет Джонатана, № 267» . Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики . Архивировано из оригинала 10 августа 2011 г. Проверено 6 мая 2007 г.
  30. ^ Перейти обратно: а б с Энкреназ 2003 .
  31. ^ Клиент и др. (2004)
  32. ^ Сандерс, Роберт (22 марта 2010 г.). «Гелиевый дождь на Юпитере объясняет отсутствие неона в атмосфере» . Университет Беркли . Проверено 24 июля 2012 г.
  33. ^ Перейти обратно: а б Роджерс (1995) , с. 81.
  34. ^ Каспи, Ю.; Галанти, Э.; Хаббард, Всемирный банк; Стивенсон, диджей; Болтон, SJ; Иесс, Л.; Гийо, Т.; Блоксэм, Дж.; Коннерни, JEP; Цао, Х.; Дуранте, Д. (08 марта 2018 г.). «Атмосферные струйные течения Юпитера простираются на тысячи километров в глубину» . Природа . 555 (7695): 223–226. Бибкод : 2018Natur.555..223K . дои : 10.1038/nature25793 . hdl : 11573/1091959 . ISSN   0028-0836 . ПМИД   29516995 . S2CID   4120368 .
  35. ^ Галанти, Эли; Каспи, Йохай; Дуэр, Керен; Флетчер, Ли; Ингерсолл, Эндрю П.; Ли, Ченг; Ортон, Гленн С.; Гийо, Тристан; Левин, Стивен М.; Болтон, Скотт Дж. (2021). «Ограничения на широтный профиль глубоких струй Юпитера» . Письма о геофизических исследованиях . 48 (9). arXiv : 2102.10595 . Бибкод : 2021GeoRL..4892912G . дои : 10.1029/2021GL092912 . hdl : 2027.42/167748 . ISSN   0094-8276 . S2CID   231985747 .
  36. ^ Буссе, FH (1976). «Простая модель конвекции в атмосфере Юпитера» . Икар . 29 (2): 255–260. Бибкод : 1976Icar...29..255B . дои : 10.1016/0019-1035(76)90053-1 .
  37. ^ Перейти обратно: а б Ингерсолл (2004) , с. 5
  38. ^ Грейни (2010)
  39. ^ Джеймс Р. Холтон, изд. (2004). Введение в динамическую метеорологию (4-е изд.). Берлингтон, Массачусетс: Elsevier Academic Press. ISBN  978-0-08-047021-4 . OCLC   162572802 .
  40. ^ Флетчер, Ли Н.; Каспи, Йохай; Гийо, Тристан; Шоумен, Адам П. (12 марта 2020 г.). «Насколько хорошо мы понимаем поясно-зональную циркуляцию атмосфер гигантских планет?» . Обзоры космической науки . 216 (2): 30. arXiv : 1907.01822 . Бибкод : 2020ССРв..216...30Ф . дои : 10.1007/s11214-019-0631-9 . ISSN   1572-9672 . ПМЦ   7067733 . ПМИД   32214508 .
  41. ^ Шоумен, Адам П.; де Патер, Имке (2005). «Динамические последствия содержания аммиака в тропосфере Юпитера» . Икар . 174 (1): 192–204. Бибкод : 2005Icar..174..192S . дои : 10.1016/j.icarus.2004.10.004 .
  42. ^ Ингерсолл, AP; Гираш, П.Дж.; Банфилд, Д.; Васавада, Арканзас; Группа изображений Галилео (2000). «Влажная конвекция как источник энергии для крупномасштабных движений в атмосфере Юпитера» . Природа . 403 (6770): 630–632. Бибкод : 2000Natur.403..630I . дои : 10.1038/35001021 . ISSN   0028-0836 . ПМИД   10688192 . S2CID   4381087 .
  43. ^ Янссен, Массачусетс; Освальд, Дж. Э.; Браун, Северная Каролина; Гулкис, С.; Левин, С.М.; Болтон, SJ; Эллисон, доктор медицины; Атрея, СК; Готье, Д.; Ингерсолл, AP; Лунин, Джи (2017). «MWR: Микроволновой радиометр для миссии Юнона на Юпитер» . Обзоры космической науки . 213 (1–4): 139–185. Бибкод : 2017ССРв..213..139Ж . дои : 10.1007/s11214-017-0349-5 . ISSN   0038-6308 . S2CID   125905820 .
  44. ^ Перейти обратно: а б с Дуэр, Керен; Гавриил, Нимрод; Галанти, Эли; Каспи, Йохай; Флетчер, Ли Н.; Гийо, Тристан; Болтон, Скотт Дж.; Левин, Стивен М.; Атрея, Сушил К.; Грасси, Давиде; Ингерсолл, Эндрю П. (16 декабря 2021 г.). «Доказательства наличия на Юпитере нескольких феррелоподобных клеток» . Письма о геофизических исследованиях . 48 (23). arXiv : 2110.07255 . Бибкод : 2021GeoRL..4895651D . дои : 10.1029/2021GL095651 . hdl : 2027.42/170953 . ISSN   0094-8276 . S2CID   238856819 .
  45. ^ Лю, Цзюньцзюнь; Шнайдер, Тапио (1 ноября 2010 г.). «Механизмы образования джетов на планетах-гигантах» . Журнал атмосферных наук . 67 (11): 3652–3672. arXiv : 0910.3682 . Бибкод : 2010JAtS...67.3652L . дои : 10.1175/2010JAS3492.1 . ISSN   1520-0469 . S2CID   9416783 .
  46. ^ Роджерс (1995) , стр. 85, 91–4.
  47. ^ Перейти обратно: а б с д Роджерс (1995) , стр. 101–105.
  48. ^ Роджерс (1995) , стр. 113–117.
  49. ^ Роджерс (1995) , стр. 125–130.
  50. ^ Перейти обратно: а б с д и Васавада (2005) , стр. 1987–1989 гг.
  51. ^ Роджерс (1995) , стр. 133, 145–147.
  52. ^ Роджерс (1995) , с. 133.
  53. ^ Биб (1997) , с. 24.
  54. ^ Нэнси Аткинсон (2010). «Юпитер, все меняется» . Вселенная сегодня . Проверено 24 декабря 2010 г.
  55. ^ Роджерс (1995) , стр. 159–160.
  56. ^ «Планетарный портрет Хаббла отражает изменения в Большом красном пятне Юпитера» . Проверено 15 октября 2015 г.
  57. ^ Роджерс (1995) , стр. 219–221, 223, 228–229.
  58. ^ Роджерс (1995) , с. 235.
  59. ^ Роджерс и др. (2003)
  60. ^ Роджерс и Метиг (2001)
  61. ^ Ридпат (1998)
  62. ^ Перейти обратно: а б Васавада (2005) , стр. 1943–1945 гг.
  63. ^ Перейти обратно: а б Хеймпель и др. (2005)
  64. ^ См., например, Ingersoll et al. (1969)
  65. ^ Перейти обратно: а б с д и ж Васавада (2005) , стр. 1947–1958 гг.
  66. ^ Ингерсолл (2004) , стр. 16–17.
  67. ^ Ингерсолл (2004) , стр. 14–15.
  68. ^ Перейти обратно: а б Васавада (2005) , стр. 1949.
  69. ^ Васавада (2005) , стр. 1945–1947 гг.
  70. ^ Васавада (2005) , стр. 1962–1966 гг.
  71. ^ Васавада (2005) , с. 1966 год
  72. ^ Буссе (1976)
  73. ^ Перейти обратно: а б с Васавада (2005) , стр. 1966–1972 гг.
  74. ^ Васавада (2005) , с. 1970 год
  75. ^ Низкий (1966)
  76. ^ Перл Конрат и др. 1990 , стр. 12, 26.
  77. ^ Ингерсолл (2004) , стр. 11, 17–18.
  78. ^ Перейти обратно: а б Васавада (2005) , с. 1978 год
  79. ^ Перейти обратно: а б с д и Васавада (2005) , с. 1977 год
  80. ^ «На Юпитере обнаружено Большое Холодное Пятно» . www.eso.org . Проверено 17 апреля 2017 г.
  81. ^ Васавада (2005) , с. 1975 год
  82. ^ Васавада (2005) , с. 1979 год
  83. ^ Харрингтон, доктор юридических наук; Уивер, Донна; Виллард, Рэй (15 мая 2014 г.). «Выпуск 14-135 — Хаббл НАСА показывает, что Большое красное пятно Юпитера меньше, чем когда-либо измерялось» . НАСА . Проверено 16 мая 2014 г.
  84. ^ Персонал (2007). «Технические данные Юпитера – SPACE.com» . Имагинова. Архивировано из оригинала 11 мая 2008 года . Проверено 3 июня 2008 г.
  85. ^ Анонимно (10 августа 2000 г.). «Солнечная система – Планета Юпитер – Большое Красное Пятно» . Кафедра физики и астрономии – Университет Теннесси . Архивировано из оригинала 7 июня 2008 года . Проверено 3 июня 2008 г.
  86. ^ Роджерс, Джон Хьюберт (1995). Планета-гигант Юпитер . Издательство Кембриджского университета. п. 6. ISBN  978-0-521-41008-3 .
  87. ^ Грейни (2010), с. 266.
  88. ^ Смит и др. (1979) , с. 954.
  89. ^ Ирвин , 2003, с. 171
  90. ^ Битти (2002)
  91. ^ Бритт, Роберт Рой (9 марта 2009 г.). «Большое красное пятно Юпитера сокращается» . Space.com. Архивировано из оригинала 11 марта 2009 года . Проверено 4 февраля 2009 г.
  92. ^ Роджерс (1995) , с. 191.
  93. ^ Роджерс (1995) , стр. 194–196.
  94. ^ Биб (1997) , с. 35.
  95. ^ Роджерс (1995) , с. 195.
  96. ^ Роджерс, Джон (30 июля 2006 г.). «Промежуточные отчеты о STB (овал BA, проходящий GRS), STropB, GRS (измеренное внутреннее вращение), EZ (S. Eq. Нарушение; резкое затемнение; взаимодействия NEB) и NNTB» . Британская астрономическая ассоциация . Проверено 15 июня 2007 г.
  97. ^ Перейти обратно: а б Флетчер (2010) , с. 306
  98. ^ Риз и Гордон (1966)
  99. ^ Роджерс (1995) , 192–193.
  100. ^ Стоун (1974)
  101. ^ Роджерс (1995) , стр. 48, 193.
  102. ^ Роджерс (1995) , с. 193.
  103. ^ Перейти обратно: а б Биб (1997) , стр. 38–41.
  104. ^ Является ли Большое красное пятно Юпитера солнечным ожогом? NASA.com, 28 ноября 2014 г.
  105. ↑ Красное пятно Юпитера, скорее всего, является солнечным ожогом, а не румянцем. Архивировано 6 июля 2016 г. на Wayback Machine NASA.com, 11 ноября 2014 г.
  106. ^ Леффер, Марк Дж.; Хадсон, Реджи Л. (2018). «Окрашивание облаков Юпитера: Радиолиз гидросульфида аммония (NH4SH)». Икар . 302 : 418–425. Бибкод : 2018Icar..302..418L . дои : 10.1016/j.icarus.2017.10.041 .
  107. ^ Филлипс, Тони (12 марта 2003 г.). «Большое темное пятно» . Наука в НАСА. Архивировано из оригинала 15 июня 2007 года . Проверено 20 июня 2007 г.
  108. ^ Хаммель и др. (1995) , с. 1740 г.
  109. ^ Перейти обратно: а б Санчес-Лавега и др. (2001)
  110. ^ Роджерс (1995) , с. 223.
  111. ^ Перейти обратно: а б Го и др. (2006)
  112. ^ Филлипс, Тони (3 марта 2006 г.). «Новое красное пятно Юпитера» . НАСА. Архивировано из оригинала 19 октября 2008 года . Проверено 16 октября 2008 г.
  113. ^ Перейти обратно: а б Филлипс, Тони (5 июня 2006 г.). «Огромные бури сходятся» . Наука@НАСА. Архивировано из оригинала 2 февраля 2007 года . Проверено 8 января 2007 г.
  114. ^ Мишо, Питер (20 июля 2006 г.). «Близнецы запечатлели близкое сближение красных пятен Юпитера» . Обсерватория Джемини . Проверено 15 июня 2007 г.
  115. ^ Перейти обратно: а б «Диффузия привела к окраске Младшего Красного Пятна Юпитера» . ScienceDaily. 26 сентября 2008 г. Архивировано из оригинала 30 сентября 2008 г. Проверено 16 октября 2008 г.
  116. ^ Перейти обратно: а б Фонтан, Генри (22 июля 2008 г.). «На Юпитере битва красных пятен, ребенок теряется» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 18 июня 2010 г.
  117. ^ Бакли, М. (20 мая 2008 г.). «Штормовые ветры дуют в маленьком красном пятне Юпитера» . Лаборатория прикладной физики Джона Хопкинса. Архивировано из оригинала 25 марта 2012 года . Проверено 16 октября 2008 г.
  118. ^ Штайгервальд, Билл (10 октября 2006 г.). «Маленькое красное пятно Юпитера становится сильнее» . Космический центр Годдарда НАСА. Архивировано из оригинала 1 ноября 2008 года . Проверено 16 октября 2008 г.
  119. ^ Перейти обратно: а б с Роджерс, Джон Х. (8 августа 2008 г.). «Столкновение Малого Красного Пятна и Большого Красного Пятна: Часть 2» . Британская астрономическая ассоциация . Проверено 29 ноября 2008 г.
  120. ^ Сига, Дэвид (22 мая 2008 г.). «На Юпитере вспыхивает третье красное пятно» . Новый учёный. Архивировано из оригинала 5 июля 2008 года . Проверено 23 мая 2008 г.
  121. ^ Чанг, Кеннет (25 мая 2017 г.). «Миссия НАСА на Юпитере раскрывает «совершенно новое и неожиданное» » . Нью-Йорк Таймс . Проверено 27 мая 2017 г.
  122. ^ Перейти обратно: а б Васавада (2005) , стр. 1982, 1985–1987 гг.
  123. ^ Перейти обратно: а б с Санчес-Лавега и др. (2008) , стр. 437–438
  124. ^ Перейти обратно: а б Васавада (2005) , стр. 1983–1985 гг.
  125. ^ Бейнс Саймон-Миллер и др. 2007 , с. 226.
  126. ^ Мура, А.; Скачать, П.; Грасси, Д.; Адриани, А.; Бракко, А.; Пиччиони, Г.; Синдони, Г.; Морикони, ML; Плайнаки, К.; Ингерсолл, А.; Альтьери, Ф.; Чикетти, А.; Динелли, Б.М.; Филаккьоне, Г.; Мильорини, А. (2022). «Пять лет наблюдений циркумполярных циклонов Юпитера» . Журнал геофизических исследований: Планеты . 127 (9). Бибкод : 2022JGRE..12707241M . дои : 10.1029/2022JE007241 . ISSN   2169-9097 . S2CID   252099924 .
  127. ^ Табатаба-Вакили, Ф.; Роджерс, Дж. Х.; Эйхштадт, Г.; Ортон, Г.С.; Хансен, CJ; Момари, ТВ; Синклер, Дж.А.; Джайлз, РС; Каплингер, Массачусетс; Равин, Массачусетс; Болтон, SJ (январь 2020 г.). «Долгосрочное отслеживание циркумполярных циклонов на Юпитере по данным полярных наблюдений с помощью JunoCam». Икар . 335 : 113405. Бибкод : 2020Icar..33513405T . дои : 10.1016/j.icarus.2019.113405 . ISSN   0019-1035 . S2CID   202132980 .
  128. ^ Грасси, Д.; Адриани, А.; Морикони, ML; Мура, А.; Табатаба-Вакили, Ф.; Ингерсолл, А.; Ортон, Г.; Хансен, Дж.; Альтьери, Ф.; Филаккьоне, Г.; Синдони, Г. (июнь 2018 г.). «Первая оценка полей ветра в полярных регионах Юпитера по изображениям JIRAM-Juno» . Журнал геофизических исследований: Планеты . 123 (6): 1511–1524. Бибкод : 2018JGRE..123.1511G . дои : 10.1029/2018JE005555 . hdl : 2027.42/145242 . ISSN   2169-9097 . S2CID   133852380 .
  129. ^ Гавриил, Нимрод; Каспи, Йохай (август 2021 г.). «Количество и расположение околополярных циклонов Юпитера объясняется динамикой завихренности» . Природа Геонауки . 14 (8): 559–563. arXiv : 2110.09422 . Бибкод : 2021NatGe..14..559G . дои : 10.1038/s41561-021-00781-6 . ISSN   1752-0894 . S2CID   236096014 .
  130. ^ Адриани, А.; Мура, А.; Ортон, Г.; Хансен, К.; Альтьери, Ф.; Морикони, ML; Роджерс, Дж.; Эйхштадт, Г.; Момари, Т.; Ингерсолл, AP; Филаккьоне, Г. (март 2018 г.). «Скопления циклонов, окружающих полюса Юпитера» . Природа . 555 (7695): 216–219. Бибкод : 2018Natur.555..216A . дои : 10.1038/nature25491 . ISSN   0028-0836 . ПМИД   29516997 . S2CID   4438233 .
  131. ^ АДЕМ, ЖУЛИАН (август 1956 г.). «Рядное решение уравнения баротропной завихренности и его применение при изучении атмосферных вихрей» . Теллус . 8 (3): 364–372. Бибкод : 1956Tell....8..364A . дои : 10.1111/j.2153-3490.1956.tb01234.x . ISSN   0040-2826 .
  132. ^ Скотт, РК (15 сентября 2010 г.). «Полярное скопление циклонической завихренности» . Геофизическая и астрофизическая гидродинамика . 105 (4–5): 409–420. дои : 10.1080/03091929.2010.509927 . ISSN   0309-1929 . S2CID   2050846 .
  133. ^ О'Нил, Морган Э; Эмануэль, Керри А.; Флирл, Гленн Р. (15 июня 2015 г.). «Образование полярных вихрей в атмосферах планет-гигантов вследствие влажной конвекции» . Природа Геонауки . 8 (7): 523–526. Бибкод : 2015NatGe...8..523O . дои : 10.1038/ngeo2459 . hdl : 1721.1/100773 . ISSN   1752-0894 .
  134. ^ Перейти обратно: а б Гавриил, Нимрод; Каспи, Йохай (август 2021 г.). «Количество и расположение околополярных циклонов Юпитера объясняется динамикой завихренности» . Природа Геонауки . 14 (8): 559–563. arXiv : 2110.09422 . Бибкод : 2021NatGe..14..559G . дои : 10.1038/s41561-021-00781-6 . ISSN   1752-0908 . S2CID   236096014 .
  135. ^ Ли, Ченг; Ингерсолл, Эндрю П.; Клипфель, Александра П.; Бреттл, Харриет (08 сентября 2020 г.). «Моделирование устойчивости полигональных узоров вихрей на полюсах Юпитера, выявленных космическим кораблем Юнона» . Труды Национальной академии наук . 117 (39): 24082–24087. Бибкод : 2020PNAS..11724082L . дои : 10.1073/pnas.2008440117 . ISSN   0027-8424 . ПМЦ   7533696 . ПМИД   32900956 .
  136. ^ Мура, А.; Скачать, П.; Грасси, Д.; Адриани, А.; Бракко, А.; Пиччиони, Г.; Синдони, Г.; Морикони, ML; Плайнаки, К.; Ингерсолл, А.; Альтьери, Ф.; Чикетти, А.; Динелли, Б.М.; Филаккьоне, Г.; Мильорини, А. (2022). «Пять лет наблюдений циркумполярных циклонов Юпитера» . Журнал геофизических исследований: Планеты . 127 (9). Бибкод : 2022JGRE..12707241M . дои : 10.1029/2022JE007241 . ISSN   2169-9097 . S2CID   252099924 .
  137. ^ Роджерс, Джон; Эйхштадт, Джеральд; Хансен, Кэндис; Ортон, Гленн; Момари, Томас (2021). «Поведение полярных полигонов Юпитера за 4 года» . Тезисы докладов Европейского планетарного научного конгресса . 15 . Бибкод : 2021EPSC...15...57R . дои : 10.5194/epsc2021-57 . S2CID   241446672 .
  138. ^ Гавриил, Нимрод; Каспи, Йохай (16 августа 2022 г.). «Колебательное движение полярных циклонов Юпитера является результатом динамики вихря» . Письма о геофизических исследованиях . 49 (15). arXiv : 2209.00309 . Бибкод : 2022GeoRL..4998708G . дои : 10.1029/2022GL098708 . ISSN   0094-8276 . S2CID   249810436 .
  139. ^ Гавриил, Нимрод; Каспи, Йохай (16 августа 2022 г.). «Колебательное движение полярных циклонов Юпитера является результатом динамики вихря» . Письма о геофизических исследованиях . 49 (15). arXiv : 2209.00309 . Бибкод : 2022GeoRL..4998708G . дои : 10.1029/2022GL098708 . ISSN   0094-8276 . S2CID   249810436 .
  140. ^ Мура, А.; Адриани, А.; Бракко, А.; Морикони, ML; Грасси, Д.; Плайнаки, К.; Ингерсолл, А.; Болтон, С.; Сордини, Р.; Альтьери, Ф.; Чиаравано, А.; Чикетти, А.; Динелли, Б.М.; Филаккьоне, Г.; Мильорини, А. (28 июля 2021 г.). «Колебания и устойчивость полярных циклонов Юпитера» . Письма о геофизических исследованиях . 48 (14). Бибкод : 2021GeoRL..4894235M . дои : 10.1029/2021GL094235 . ISSN   0094-8276 . S2CID   237698857 .
  141. ^ МакКим (1997)
  142. ^ Миллер, Стэнли Л. (15 мая 1953 г.). «Производство аминокислот в возможных условиях примитивной Земли» . Наука . 117 (3046): 528–529. Бибкод : 1953Sci...117..528M . дои : 10.1126/science.117.3046.528 . ISSN   0036-8075 . ПМИД   13056598 .
  143. ^ Ингерсолл (2004) , с. 2
  144. ^ Нолл (1995) , с. 1307
  145. ^ Роджерс (1995) , с. 6.
  146. ^ Роджерс (2008) , стр. 111–112.
  147. ^ Перейти обратно: а б Роджерс (1995) , с. 188
  148. ^ Перейти обратно: а б Хоккей, 1999 , стр. 40–41.
  149. ^ Смит и др. (1979) , стр. 951–972.
  150. ^ Перейти обратно: а б Роджерс (1995) , стр. 224–5.
  151. ^ Роджерс (1995) , с. 226–227.
  152. ^ Роджерс (1995) , с. 226.
  153. ^ Роджерс (1995) , с. 225.
  154. ^ Биб (1997) , с. 43.
  155. ^ «Новый взгляд на бури Юпитера» . НАСА . 17 сентября 2020 года. Архивировано из оригинала 29 марта 2023 года . Проверено 25 сентября 2020 г.
  156. ^ Ченг Ли; Эндрю П. Ингерсолл; Александра П. Клипфель; Гарриет Бреттл (2020). «Моделирование устойчивости полигональных узоров вихрей на полюсах Юпитера, выявленных космическим кораблем Юнона» . ПНАС . 117 (39): 24082–24087. Бибкод : 2020PNAS..11724082L . дои : 10.1073/pnas.2008440117 . ПМЦ   7533696 . ПМИД   32900956 .

Цитируемые источники

[ редактировать ]

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Викискладе есть медиафайлы, связанные с атмосферой Юпитера .

Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Atmosphere_of_Jupiter&oldid=1232337073#White_ovals"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 03897856d42fd27cc16366943ec2d554__1719978840
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/03/54/03897856d42fd27cc16366943ec2d554.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Atmosphere of Jupiter - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)