Симуляция показала неравномерное распределение воды в атмосфере Юпитера

Снимок массовой доли водяного пара при 7 барах (A), потенциальной завихренности при 7 барах (B), виртуальной потенциальной температуры при 7 барах (C), массовой доли водяного пара при 9,5 барах (D), потенциальной завихренности при 9,5 барах (E) и виртуальной потенциальной температуры при 9,5 барах (F) на 4180-й день симуляции. Автор: Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2419087122

Исследователи из Калифорнийского технологического института разработали новую симуляцию гидрологического цикла на Юпитере, моделируя, как водяной пар конденсируется в облака и выпадает в виде дождя в турбулентной атмосфере газового гиганта. Исследование показывает, что вода на Юпитере распределена неравномерно, что дает таким миссиям, как орбитальный аппарат NASA «Юнона», важные указания о том, где искать воду на планете.

Юпитер считается первой планетой, сформировавшейся в нашей Солнечной системе, и его массивное гравитационное влияние сформировало орбитальную архитектуру Земли и других планет. Понимание того, сколько воды есть на Юпитере и где её искать, дает подсказки о том, как вода попала на Землю, что до сих пор остается открытым вопросом в планетологии.

Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences. Первым автором исследования является Хуачжи Ге, научный сотрудник в группе Эндрю П. Ингерсолла, заслуженного профессора планетологии.

«Хотя мы сосредоточены на Юпитере, в конечном счете мы пытаемся создать теорию о воде и атмосферной динамике, которая может быть широко применена к другим планетам, включая экзопланеты», — говорит Ге.

Полосатый внешний вид Юпитера является результатом его атмосферной динамики, которая, будучи визуально эффектной, затрудняет определение содержания химических элементов, таких как вода и металлы. Миссия «Галилео» впервые обнаружила воду на Юпитере вблизи его экватора в 1990-х годах, но оставалось неясным, распределена ли эта вода равномерно по всей планете-гиганту.

Новая модель учитывает быстрое вращение Юпитера — один полный оборот (один день) на Юпитере занимает всего около 10 земных часов. Это быстрое вращение вызывает турбулентные полосы, видимые в атмосфере Юпитера. Новая модель предполагает, что эта турбулентность в субтропических и средних широтах приводит к дождям, которые увлекают воду глубже под облачный слой, делая нижние слои атмосферы более влажными на десятки километров под облаками.

Юпитер отличается от Земли во многих отношениях, поэтому моделирование его атмосферной динамики — и последующее сравнение этих моделей с наблюдениями — позволяет лучше понять разнообразный спектр планет в целом. Далее команда планирует создать более глобальную модель, расширившись за пределы средних широт. В идеале теория может быть применена к другим газовым гигантам, таким как Уран и Нептун, которые также имеют неравномерное распределение химических элементов, таких как метан, вместо воды.

Интересный факт: Юпитер не только самая большая планета Солнечной системы, но и обладает самым мощным магнитным полем, которое создает полярные сияния в 100 раз ярче земных. Несмотря на гигантские размеры, Юпитер является самой быстровращающейся планетой — его экваториальные области совершают полный оборот за 9 часов 50 минут.