Ученые нашли единое объяснение для экстремальных ветров на всех планетах-гигантах

Газовые гиганты Юпитер и Сатурн демонстрируют восточные экваториальные струйные течения, в то время как ледяные гиганты Уран и Нептун имеют западные. Эта работа показывает, что при схожих условиях струйное течение может формироваться в любом направлении, что предполагает наличие общего базового механизма, управляющего атмосферной динамикой всех четырех планет. Два снимка симуляции иллюстрируют эти возможные исходы. Автор: Керен Дюэр-Милнер

Одним из самых заметных свойств планет-гигантов в нашей Солнечной системе — Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна — являются экстремальные ветры, наблюдаемые вокруг их экваторов. В то время как у некоторых из этих планет экваториальные ветры восточные, у других струйное течение западное. Впервые международная команда ученых под руководством Лейденской обсерватории и SRON смогла объяснить ветры на всех планетах-гигантах с помощью одной модели.

Так называемая быстрая вращающаяся конвекция в атмосферах планет-гигантов может играть решающую роль в создании как восточных, так и западных струйных течений. Это обнаружила команда астрономов под руководством постдока Керен Дюэр-Милнер из Лейденской обсерватории и SRON. Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.

Используя глобальные модели циркуляции, команда обнаружила, что различия в глубине атмосферы могут производить восточные струи на Юпитере и Сатурне и западные струи на Уране и Нептуне. Система демонстрирует так называемую бифуркацию: при одинаковых условиях атмосфера может стабилизироваться в одном из двух устойчивых состояний — либо с восточными, либо с западными экваториальными струями — устанавливая прямую связь между направлением струи и глубиной атмосферы.

Самые быстрые ветры в Солнечной системе

Десятилетиями ученые ломали голову над механизмом, который управляет сверхбыстрыми ветрами на планетах-гигантах, со скоростями от 500 до 2000 км/ч. Струйные течения — это самые быстрые ветры, наблюдаемые в Солнечной системе, и они значительно превышают типичные скорости ветра на Земле.

Особенно загадочным был тот факт, что Юпитер и Сатурн имеют восточные ветры, в то время как струи на Уране и Нептуне дуют на запад. Считается, что основные факторы, которые могут влиять на течения на этих планетах, схожи. Планеты получают мало солнечного света, у них есть умеренный внутренний источник нагрева и быстрое вращение. Не было известно никаких сил, которые могли бы объяснить разное направление ветров. До сих пор считалось, что разное направление струйных ветров происходит из-за разных механизмов, которые ими управляют.

Теперь Дюэр-Милнер и коллеги обнаружили, что быстрые вращающиеся конвекционные ячейки на экваторе могут действовать как «конвейерная лента» на поверхности, управляя струйными течениями как на восток, так и на запад на разных планетах. Конвекция — это процесс, который за счет циркуляции может переносить тепло внутри атмосферы или жидкости. Считается, что это основной процесс, с помощью которого тепло из недр газовых планет переносится на поверхность.

Атмосферы по всей галактике

«Мы надеялись продемонстрировать, что механизм, который, как мы считаем, действует в газовых гигантах Юпитере и Сатурне, может объяснить экваториальные струи и в ледяных гигантах Уране и Нептуне», — говорит Дюэр-Милнер. «Мы в восторге, потому что наконец нашли простое, элегантное объяснение сложному явлению».

Ученые теперь используют измерения с космического аппарата «Юнона», чтобы найти доказательства того, что предложенный механизм существует в атмосфере Юпитера.

Дюэр-Милнер надеется, что их результаты можно будет применить и к планетам за пределами нашей Солнечной системы.

«Понимание этих ветров имеет решающее значение, потому что оно помогает нам понять фундаментальные процессы, управляющие планетными атмосферами, не только в нашей Солнечной системе, но и по всей галактике. Это открытие дает нам новый инструмент для понимания разнообразия планетных атмосфер и климатов во всей Вселенной», — говорит она.

Больше информации: Керен Дюэр-Милнер и др., От газовых к ледяным гигантам: унифицированный механизм для экваториальных струй, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.ads8899