Команда астрономов впервые напрямую измерила скорость ветра в стратосфере Юпитера, используя инструменты обсерватории ALMA (Atacama Large Millimeter Array).
Образ Юпитера неразрывно связан с гигантскими разноцветными полосами. Бурлящие облака летучего газа отражают движения ветра в нижних слоях атмосферы планеты. У полюсов газового гиганта наблюдается выраженное свечение атмосферы: принято считать, что происхождение северного сияния на Юпитере связано с сильнейшими ветрами в верхнем слое атмосферы – термосфере. До сих пор учёные не имели возможности измерить характеристики ветра в стратосфере – невидимом слое атмосферы, расположенном между облаками тропосферы и полярными сияниями термосферы. Измерять скорость движения воздуха, используя традиционные для Юпитера техники отслеживания облаков, не представлялось возможным ввиду очевидного отсутствия продуктов конденсации газов в стратосфере.
На помощь астрономам пришло альтернативное решение в виде кометы Шумейкеров — Леви 9, чьё падение на Юпитер было зафиксировано в 1994 году в обсерватории Маунт Паломар супругами Юджином и Каролиной Шумейкерами и Дэвидом Леви. Столкновение кометы с газовым гигантом спровоцировало появление в стратосфере чужеродных молекул, которые навсегда остались в этом слое атмосферы и по сей день двигаются с местными ветрами. Команда астрономов под руководством Тибо Кавалье из обсерватории Бордо во Франции сумела отследить одну из этих молекул – синильную кислоту (цианистый водород). С её помощью исследователи впервые измеряли стратосферные «струи» ветра, названные так по аналогии с земными высотными струйными течениями.
В ходе расчётов астрономы получили шокирующие цифры: у полюсов Юпитера под северным сиянием скорость ветра может достигать 400 м/с. Показатель, эквивалентный 1450 км/ч, более чем в два раза превышает максимальную скорость ветра в знаменитом Большом красном пятне и более чем в три раза превосходит мощь сильнейших торнадо на Земле. Юпитерианские струйные течения ведут себя как земные полярные вихри высотой около 900 км при диаметре примерно в 4 раза больше диаметра нашей планеты. По словам Кавалье, вихрь такого размера достоин звания «метеорологического монстра» не только по земным меркам, но и в пределах всей Солнечной системы.
Для анализа содержания молекул синильной кислоты в стратосфере Юпитера исследователи использовали 42 и 66 антенн обсерватории ALMA. С их помощью астрономы отследили и измерили выраженность Доплеровского эффекта – изменения частоты, а соответственно и длины волны излучения молекул, спровоцированные движением по направлению ветра. На основе измерений этого сдвига частот учёные рассчитали скорость ветров по аналогии с тем, как можно вычислить скорость движения поезда по изменениям частоты его гудка. Путём наблюдения за молекулами синильной кислоты специалисты также измеряли скорость экваториальных стратосферных «струй», которая составила в среднем около 600 км/ч.
Чтобы измерить скорость ветра в разных поясах Юпитера, учёным понадобилось менее 30 минут работы с радиотелескопом ALMA. По словам соавтора исследования Томаса Грейтхауса, столь высокий уровень детализации данных за такой короткий отрезок времени отлично демонстрирует мощь современных научных инструментов. Более того, в обозримом будущем астрономы смогут получить новые обширные данные о газовом гиганте в рамках миссии JUICE. Автоматическая межпланетная станция JUpiter ICy moons Explorer позволит исследовать структуру и динамику стратосферы Юпитера при помощи интегрированного субмиллиметрового спектрометра. Кроме того, к концу десятилетия к изучению Юпитера присоединится Чрезвычайно большой телескоп (ELT), который уделит ещё более пристальное внимание северным сияниям газового гиганта.
