Исследования, основанные на данных зонда НАСА «Юнона», показали, что лучи на Юпитере могут быть значительно мощнее, чем те, которые наблюдаются на Земле. В исследовании проанализировано радиоизлучение, уловленное во время приближения к изолированным штормам на планете-гиганте, что указывает на то, что некоторые электрические разряды Юпитера выделяют энергию, эквивалентную как минимум в 100 раз больше, чем типичная земная молния. Ученые исследовали активность четырех суперштормов, произошедших в период с 2021 по 2022 год в северном экваториальном поясе Юпитера, регистрируя в среднем три вспышки в секунду во время близких пролетов.
Стелс-супербури позволили провести точные измерения
Временное отсутствие нескольких одновременных штормов в северной экваториальной области позволило исследователям точно определить происхождение обнаруженных импульсов. Это редкое состояние было ключом к связыванию каждого разряда с конкретными облачными структурами, что позволило преодолеть ограничения предыдущих наблюдений, которые часто путали сигналы из разных источников. Во время этих проходов зонд «Юнона» записал и проанализировал 613 микроволновых импульсов, обнаружив широкое распределение интенсивностей.
Майкл Вонг, планетолог из Калифорнийского университета в Беркли и ведущий автор исследования, подчеркнул важность этой изолированной конфигурации. Проанализированные суперштормы представляли собой облачные башни умеренной высоты по сравнению с другими образованиями Юпитера, но сохраняли продолжительную активность в течение нескольких месяцев. Такая динамика позволила команде фиксировать как более слабые, так и более интенсивные события, корректируя предыдущие выводы, основанные только на самых мощных ударах молний.
Радиоприборы преодолевают оптические ограничения
- Микроволновой радиометр «Юноны» работал на частоте 600 МГц, проникая сквозь плотные облака планеты без значительных помех.
- Изображения космического телескопа «Хаббл» и наблюдения астрономов-любителей помогли точно идентифицировать конкретные штормы во время пролетов.
- Мощность импульсов варьировалась от уровней, аналогичных уровням земных молний, до более чем в 100 раз более высоких, в зависимости от принятой спектральной модели.
Подход к радиоизлучению позволил измерить мощность непосредственно у источника, уменьшив неопределенности, связанные с затуханием в облаках или на расстоянии. Густые облака часто скрывали вспышки, видимые в предыдущих наблюдениях, что затрудняло точную оценку выделившейся энергии. Радиометр регистрировал импульсы как аномалии яркостной температуры, что давало более надежные данные о реальной интенсивности разрядов.
Состав атмосферы объясняет большую интенсивность
Атмосфера Юпитера состоит в основном из водорода, в отличие от смеси азота и кислорода, преобладающей на Земле. Этот состав фундаментально изменяет процесс влажной конвекции, ответственный за образование гроз и электрических разрядов. На планете-гиганте влажный воздух становится тяжелее, требуя большего накопления энергии для подъема и создания нестабильности атмосферы.
В результате юпитерианские штормы достигают высоты более 100 километров по сравнению с примерно 10 километрами у земных штормов. Это гораздо большее расстояние по вертикали способствует выделению более интенсивной энергии, когда водяной пар конденсируется в капли и кристаллы льда. Механизмы электрического заряда кажутся одинаковыми на обеих планетах, но физические условия значительно увеличивают конечную мощность разрядов. Конвекция на Юпитере особым образом переносит тепло из глубоких слоев в верхние слои атмосферы, создавая сильные ветры и интенсивные молнии, которые характеризуют большие штормы на планете.
Изменчивость событий раскрывает весь спектр
Измерения показали, что мощность импульсов сильно различалась в пределах каждого анализируемого шторма. Некоторые события приблизились к типичным земным значениям, а другие на порядки превысили их. Эта изменчивость предполагает, что на Юпитере наблюдается полный спектр электрической активности, а не только самые экстремальные явления, как считалось ранее.
Исследователи подчеркнули, что неопределенности в спектральных сравнениях все еще ограничивают окончательные выводы о верхнем пределе мощности. Новый анализ данных в более близких диапазонах частот между Землей и Юпитером может уточнить эти расчеты. Зонд «Юнона», находящийся на орбите с 2016 года, предоставил на сегодняшний день наиболее подробный набор данных об этих явлениях, что представляет собой значительный прогресс по сравнению с предыдущими наблюдениями, ограниченными видимым или инфракрасным спектром.