На основе данных, полученных с космических аппаратов «Юнона» и «Кассини», израильские ученые, занимающиеся изучением планет, проанализировали атмосферу Сатурна и Юпитера. Математическое моделирование позволило им объяснить различия в скорости экваториальных потоков этих газовых гигантов.
Юпитер и Сатурн – самые крупные планеты в составе Солнечной системы, представляющие собой газовые гиганты со схожей структурой атмосферы. На обеих планетах преобладают струйные потоки, которые перемещаются с запада на восток. Кроме того, там наблюдаются обширные зоны с высокой турбулентностью: Большое белое пятно на Сатурне, Большое красное пятно на Юпитере и другие.
Несмотря на это, эти газовые гиганты существенно отличаются друг от друга. Например, скорость экваториальных потоков в облаках Сатурна и Юпитера значительно различается: она составляет 300 и 100 метров в секунду соответственно. При этом скорость вращения Юпитера немного выше, а внутренний источник тепла более мощный, чем на Сатурне. Эти факторы, как предполагается, должны увеличивать экваториальные потоки, однако, согласно наблюдениям, этого не наблюдается.
Чтобы понять это противоречие, два планетолога из Института Вейцмана (Израиль) проанализировали данные о глубине экваториальных атмосферных потоков двух газовых гигантов. Информация была получена с помощью аппаратов «Юнона» и «Кассини» и охватывала приблизительно 3000 километров Юпитере и около 9000 километров на Сатурне. Затем ученые создали трехмерные математические модели, описывающие гидро- и геодинамические процессы. Полученные данные опубликованы в журнале Geophysical Research Letters.
Установлено, что интенсивность и протяженность воздушных потоков в экваториальной зоне напрямую зависят от глубины атмосферной динамики. Это объясняется тем, что Юпитер более чем втрое массивнее Сатурна, что приводит к образованию более плотного газа вблизи внешнего радиуса планеты. Масса планеты, в свою очередь, определяет глубину атмосферы. Используя данные о глубине экваториальных потоков, ученые смогли определить их ширину – касательный цилиндр, расположенный параллельно оси вращения планеты. Он разделяет экватор и средние широты.
Согласно проведенным расчетам, глубина касательного цилиндра находится в прямой зависимости от величины силы потока вихревого импульса, который, в свою очередь, определяет зональные потоки. Исходя из этого, авторы выдвинули гипотезу о том, что различие в экваториальных ветрах газовых гигантов обусловлено глубиной их атмосферы. Соотношение скоростей потоков на экваторе Юпитера и Сатурна составляет 1:3, что соответствует соотношению глубин их атмосфер.
Более мощный поток обуславливает более стремительное образование вихрей, которые, в свою очередь, передают больший импульс зональным ветрам. По мнению авторов исследования, данный механизм действует в области, расположенной за пределами касательной цилиндрической поверхности, и, следовательно, не влияет на средние широты.
Полученные данные будут полезны для исследования атмосферы других газовых гигантов, расположенных за пределами Солнечной системы. Однако, как отметили ученые, эти сведения не могут быть использованы для анализа планет, подобных Урану и Нептуну, поскольку их атмосфера менее объемна, а скорость вращения значительно ниже.