Под облаками Юпитера скрывается нечто: газовый гигант оказался не таким, как думали

Юпитер издалека кажется спокойным гигантом, но под его плотными облаками скрывается экстремальный мир штормов, жара и чудовищного давления. Ни один аппарат пока не смог заглянуть достаточно глубоко, чтобы напрямую изучить внутренние слои планеты. Теперь учёные нашли способ приблизиться к ответу без риска для техники. Об этом сообщает Earth.

Фото: Сакиулова Ольга is licensed under Public domain

Юпитер

Что скрывают облака Юпитера

Облачные слои Юпитера уходят значительно глубже, чем земные. Они состоят из воды, аммиака, метана и сернистых соединений, формируя плотный барьер, через который невозможно "заглянуть" обычными методами наблюдения.

Аппарат Galileo в начале 2000-х вошёл в атмосферу планеты, но связь с ним прервалась до передачи данных из глубин. Сегодня орбитальный зонд Juno собирает информацию лишь о верхних слоях, тогда как сам газовый гигант остаётся объектом наблюдений даже для тех, кто видит в нём лишь яркий объект на зимнем небе. Всё, что ниже облаков, по-прежнему недоступно для прямых измерений.

Почему кислород так важен

Содержание кислорода внутри Юпитера — один из ключевых вопросов планетологии. Этот элемент в основном скрыт в воде, которая конденсируется и опускается вниз, поэтому измерить его напрямую крайне сложно.

Учёные используют оксид углерода как химический маркер. Он стабилен при высоких температурах и давлениях и позволяет косвенно оценить, сколько кислорода находится в недрах газового гиганта. Подобный подход уже применяется при анализе атмосфер экзопланет с избытком углерода, где прямые измерения также невозможны.

"Это давняя дискуссия в планетологии, и она показывает, как современные вычислительные модели меняют наше понимание других планет", — отмечает постдокторант Чикагского университета Джихён Ян.

Новый подход к моделированию атмосферы

Атмосфера Юпитера работает как сложный химический двигатель. Горячие газы поднимаются из глубины, холодные — опускаются сверху, а химические реакции идут одновременно с образованием и движением облаков.

Команда Яна создала модель, которая впервые полноценно объединяет химию и гидродинамику. Одна часть системы отслеживает тысячи химических реакций, другая — движение газов и облаков в двух измерениях.

"Нужно учитывать и химию, и динамику. По отдельности они дают искажённую картину", — подчёркивает Ян.

Роль оксида углерода под давлением

В глубинных слоях Юпитера оксид углерода медленно превращается в метан через цепочку реакций. Ранее модели часто опирались на одну "ключевую" реакцию, что приводило к большим погрешностям.

Новая модель использует автоматизированную систему Reaction Mechanism Generator, которая без человеческих предположений формирует сеть почти из двух тысяч реакций. Важную роль играет так называемая реакция Хидака, ранее нередко игнорируемая.

Что показали новые модели

Расчёты указывают, что Юпитер содержит примерно в 1-1,5 раза больше кислорода, чем Солнце. Эти значения лучше всего согласуются с данными телескопов и космических аппаратов.

Кроме того, модели показывают, что вертикальное перемешивание газов происходит гораздо медленнее, чем считалось ранее — не за часы, а за недели.

"Наша модель предполагает, что диффузия в 35-40 раз медленнее стандартных оценок", — отмечает Ян.

Углеродный гигант и история формирования

Исследование также указывает на избыток углерода: его отношение к кислороду почти втрое выше солнечного. Это намекает, что Юпитер формировался в области протопланетного диска, богатой углеродистыми веществами, а не водяным льдом.

Такие выводы важны не только для понимания Юпитера, но и для изучения экзопланет — газовых гигантов у других звёзд.

Сравнение: прямые миссии и компьютерные модели

Космические зонды дают уникальные, но ограниченные данные и подвергаются риску разрушения. Компьютерные модели не заменяют миссии, но позволяют безопасно исследовать недоступные области и проверять разные сценарии. Совмещение обоих подходов даёт наиболее полную картину.