Ученые из Калифорнийского университета в Беркли проанализировали данные, собранные зондом НАСА «Юнона», и пришли к выводу, что штормы на Юпитере производят молнии, мощность которых в 100 раз превышает мощность, наблюдаемую при земных явлениях. В исследовании, опубликованном 20 марта в журнале AGU Advances, использовались измерения микроволнового радиометра космического корабля, который находится на орбите планеты с 2016 года. Эти инструменты улавливали радиоизлучение, генерируемое электрическими разрядами, без прямых помех со стороны плотных облаков.
Результаты подчеркивают фундаментальные различия в формировании штормов между двумя планетами. Атмосфера Юпитера, состоящая в основном из водорода, утяжеляет влажный воздух и требует больше энергии для подъема, что приводит к более интенсивному энерговыделению при возникновении разрядов. Некоторые штормы на планете-газовом гиганте сохраняются веками и порождают молнии между облаками высокой мощности.
Характеристики скрытных суперштормов
Исследователи сосредоточили анализ на крупных атмосферных системах, зарегистрированных в период с 2021 по 2022 год в северном экваториальном поясе Юпитера. Эти структуры, называемые стелс-суперштормами, остаются изолированными и вызывают видимые изменения в окружающих облаках в течение нескольких месяцев.
За 12 проходов зонда было зарегистрировано 613 микроволновых импульсов, связанных с молниями. За один проход с близкого расстояния Юнона зафиксировала 206 различных импульсов со средней частотой три вспышки в секунду.
Совокупность данных позволила точно составить карту расположения разрядов и оценить их энергораспределение. Значения варьировались от уровней, аналогичных уровням земных молний, до гораздо более высоких интенсивностей.
Различия в атмосфере Юпитера и Земли
Состав атмосферы Юпитера требует больше энергии для формирования штормов по сравнению с тем, что происходит на Земле. Этот процесс приводит к более мощным электрическим разрядам при выравнивании условий в верхних слоях.
Радиометр «Юноны» напрямую измерил радиоизлучение глубоко в атмосфере, обнаружив вспышки, которые намного превосходят те, которые наблюдаются при земных явлениях. Эта способность обнаруживать облака без помех стала важным достижением в понимании этих событий.
Исследования бурь на других планетах способствуют выяснению до сих пор неизвестных аспектов электрических процессов в атмосфере Земли. Ученые подчеркивают, что аналогичные механизмы могут происходить в разных масштабах и газовых составах.
Подробные измерения микроволнового радиометра
Прибор на борту зонда улавливал радиосигналы, генерируемые разрядами во время прохождения суперштормов. Последующий анализ показал, что некоторые вспышки выделяют энергию, как минимум в 100 раз превышающую энергию типичного удара молнии на Земле.
В периоды более низкой общей штормовой активности скрытые суперштормы становятся идеальными объектами для изолированных наблюдений. Данные, собранные в период с 2021 по 2022 год, позволили сосредоточиться на конкретных системах, не дублируя несколько событий.
Микроволновые импульсы регистрировались с разрешением, достаточным для того, чтобы различать изменения мощности и частоты. Этот подход обеспечил более надежное статистическое распределение интенсивности молний Юпитера.
Значение для изучения планетарных электрических явлений
Полученные результаты подтверждают роль зонда «Юнона» как постоянного источника информации о динамике атмосферы Юпитера. Миссия, продленная после первоначального пятилетнего цикла, продолжает предоставлять ценные данные о глубоких процессах на планете.
Ученые сравнивают условия Юпитера с условиями Земли, чтобы выявить сходства и различия в механизмах генерации молний. Наличие доминирующего водорода существенно меняет поведение влажных воздушных масс.
Проанализированные суперштормы продемонстрировали облачные башни умеренной высоты, похожие на более мелкие системы на Земле, несмотря на их масштаб и длительную продолжительность. Эта характеристика объясняет термин «скрытность», приписываемый этим событиям.
Подробности наблюдений, проведенных в 2022 году
Во время одного пролета в августе 2022 года Юнона пролетела над регионом с концентрированной молнией. Детекторы зарегистрировали несколько последовательных импульсов, коррелирующих со структурами, видимыми на дополнительных изображениях космического телескопа Хаббл.
Частота вспышек, измеренная радиометром, превзошла предыдущие оценки, полученные другими оптическими приборами на самом зонде. Это несоответствие позволяет предположить, что более слабые события могут остаться незамеченными при визуальных наблюдениях.
Исследователи объединили радиоизмерения с данными изображений, чтобы подтвердить местоположение суперштормов. Результат подтверждает, что разряды происходят в обширных полосах атмосферы Юпитера.
- Мощность импульсов варьировалась от земного уровня до в 100 раз большей.
- Средняя частота достигала трех вспышек в секунду при близких проходах.
- В период с 2021 по 2022 год были подробно изучены четыре стелс-супербури.
- Радиоизлучение позволило проводить измерения, не блокируясь слоями облаков.
Зонд «Юнона» регулярно работает вокруг Юпитера и продолжает собирать информацию об атмосфере и недрах планеты. Недавние данные о молниях добавляют понимания метеорологии гигантского масштаба.
Авторы исследования подчеркивают, что наблюдения расширяют знания о том, как различные планетарные атмосферы генерируют и поддерживают интенсивные электрические явления. Стелс-суперштормы служат ярким примером такой экстремальной динамики.
