Астрономы раскрыли секрет энергетического кризиса Юпитера

Расстояние от Юпитера до Солнца в пять раз больше, чем от Земли. Но тогда почему верхние слои его атмосферы намного горячее нашей? Эта аномалия получила название энергетического кризиса Юпитера, и ученые пытались разгадать причины ее появления более 50 лет. В новом исследовании, которое вышло в журнале Nature, специалисты Лестерского университета объявили, что они решили эту загадку. Авторы работы выяснили, что интенсивное полярное сияние газового гиганта, самое мощное в Солнечной системе, и "виновато" в таком сильном нагреве верхних слоев атмосферы планеты.

Учёные уже подозревали, что на это явление влияют полярные сияния, но они не были уверены, работает ли этот эффект из-за сильных ветров и быстрого вращения Юпитера. На Юпитере около экватора дуют очень сильные ветры по направлению с востока на запад, плюс он вращается быстрее, чем любая другая планета в нашей системе.

Компьютерное моделирование показало, что экваториальные ветры, дующие с востока на запад, вызванные быстрым вращением Юпитера, подавляют горячие полярные ветры, направляющиеся к экватору, и перенаправляют их на запад. Ученые предполагали, что быстрое вращение планеты и ветры будут препятствовать распространению северного сияния по всей планете. Но обнаружили они совсем другое.

Для исследования использовались данные трех обсерваторий: космического аппарата NASA «Юнона» на орбите Юпитера, спутника Hisaki JAXA и обсерватории Кека на Гавайях.

Ученые проанализировали данные о Юпитере, его полярном сиянии и магнитном поле (триггер, вызывающий полярные сияния). Также по наблюдениям обсерватории Кека, сделанным ночью в апреле 2016 и в январе 2017 года, исследователи смогли проследить электрически заряженные частицы от полюсов до экватора.

На основе всех данных ученые построили по 10 тыс. точек беспрецедентно подробную карту температур в верхних слоях атмосферы Юпитера. Она показала, что тепло распределяется таким образом, что температура медленно понижается по направлению от полюсов к экватору. Также исследователи обнаружили отдельную область нагрева в виде длинной полосы вдали от зоны полярного сияния. Они предположили, что это тепловая волна, которая катится к экватору от полярного сияния. При этом в январе 2017 года тепловая волна исходила от одного из колец полярных сияний, которое совпало с карманом от солнечного ветра с высоким давлением, который столкнулся с Юпитером.

Зафиксировать этот момент было большим везением: если бы ученые наблюдали Юпитер другой ночью, когда давление солнечного ветра было невысоким, то  его бы пропустили.

По данным спутника Hisaki,  который на орбите Земли отслеживает магнитное поле Юпитера и влияние на него Солнца, в эти моменты солнечный ветер был мощным и создавал усиленные полярные сияния. А данные с «Юноны» помогли точно определить местоположение полярного сияния, и оно совпало с зоной самых высоких температур.

Предыдущие температурные карты верхних слоев атмосферы Юпитера были недостаточно детализированы, поэтому было невозможно понять, по каким принципам температура меняется на всей планете. Поэтому у ученых не было подсказок относительно происхождения такого нагрева поверхности Юпитера. Сейчас загадку можно считать решенной.