Как появилось Большое Красное Пятно: Невидимый взрыв на Юпитере
- 12.02.2025 07:57
Есть мнение, что Большое Красное Пятно существвует уже около четырёх веков. Но это — спорное мнение. Непрерывные наблюдения за явлением ведутся только с 1830 года. Так что, деталь на диске Юпитера отмечавшаяся астрономами в XVII и XVIII столетиях могла быть и чем-то иным. С другой же стороны, нет причин полагать, что колоссальный вихрь в атмосфере гиганта появился тогда же, когда был замечен, — в XIX веке. До этого он мог крутиться уже не одну тысячу лет.
Последний же век пятно, однако, уменьшается. Диаметр его сократился более чем вдвое. И на вопрос, почему это происходит, можно ответить сразу — трение. Круговое движение облаков со скоростью 500 километров в час предсказуемо ведёт (и более того, современными средствами это уже наблюдаемо) к нагреву газа и рассеянию энергии. Что подводит к правильному уже вопросу: откуда «пятно» взялось?
Но сначала о том, что из себя БКП представляет. Общеизвестно, что это вихрь. Обычный циклон, разве что, по масштабам достойный атмосферы Юпитера. Видимое «пятно» — глаз тайфуна. Это воронка глубиной 500 километров. То есть, настолько грандиозная, что порождающая гравитационную аномалию, способную отклонять межпланетные аппараты. Ведь внутри воронки плотность газа меньше...
Следовательно о газах. В атмосфере Юпитера можно выделить несколько слоёв с разными свойствами. Верхний слой состоит из почти чистого водорода. Он прозрачен для видимого света, в инфракрасном же диапазоне можно наблюдать, что над Пятном водородный слой вздут. Очень разреженный газ здесь несколько горячее средних для Юпитера значений.
Второй слой, также невидимый, состоит из водорода и гелия. Воронка Пятна начинается в нём, врезаясь в следующие уже частично непрозрачные, а потому видимые ярусы атмосферы гиганта. Пятно пробивает верхний ярус белых облаков из аммиачного снега, достигая лежащего под ним яруса облаков из снежинок гидросульфида аммония (NH4HS). Это вещество под воздействием солнечной радиации приобретает красноватый оттенок, чем определяется цвет пятна, а в общем и цвет Юпитера. Коричневый, это то что получается, если смотреть сквозь аммиак на аммоний…
Ниже облаков кристаллического гидросульфида снова начинаются белые облака, — но уже из снега обычного, — водяного. Под ними скрывается очень любопытная область атмосферы Юпитера, где температура и давление умеренны, и вода присутствует в форме облаков пара, — как в атмосфере Земли… Однако, слой этот именно скрыт. Свет на такую глубину в атмосферу Юпитера не проникает, так что визуальные и спектральные наблюдения невозможны. Не помогает тут даже Красное Пятно. И в самом центре воронка не проходит насквозь слой аммония.
...Соответственно, интересный и правильный вопрос может быть связан с составом атмосферы Юпитера. Как кажется, там много азота и, внезапно, серы. Но выше речь шла только об облаках. Ниже водород-гелиевого слоя вполне обычен метан и разные инертные газы. Они, однако, остаются именно газами, и не образуют облаков. То же касается сероводорода и фосфина. Сера и фосфор становятся видимыми только в составе замерзающих или конденсирующихся соединений.
Ну и, само собой, кислород. На Юпитере он присутствует в форме воды, — снега, пара и конденсата, — концентрация которых быстро растут с глубиной. В глубине же, там где водород, сжимаясь, переходит в сверхкритическую, потом в жидкую и, наконец, в металлическую форму, температура так высока, что химические соединения разлагаются. В слое металлического водорода ядра других элементов присутствуют, как примесь.
Состав атмосферы Юпитера, таким образом, обычен, примерно, соответствуя химическому составу Солнца. Но с рядом не всегда объяснимых отличий. Проблема в том, что вещество Солнца, в основном, конвективно. Не считая ядра, элементы в нём рассеяны равномерно. На Юпитере же этот принцип не соблюдается. Тяжёлые элементы, — даже гелий, — тонут в водороде.
Почему? Потому что, перенос тепла от центра к поверхности, а значит и вертикальные перемешивающие потоки, на Юпитере имеет куда меньший, чем на Солнце, масштаб. Сами же атмосферные процессы на планете гиганте изучены хуже процессов на Солнце. Просто потому, что они, ввиду разнообразия слоёв с различными свойствами, куда сложнее. Под слоем облаков из водяного снега могут существовать ярусы ещё с какими-то соединениями, однако, наблюдать их, проверив таким образом достоверность моделей, в настоящий момент нельзя.
...Теперь же к вопросу, как Красное Пятно появилось. В атмосфере Юпитера постоянно возникают турбулентности. Энергия для движения масс газа извлекается из неравномерного нагрева «дневной» и «ночной» сторон, из вращения планеты и из её продолжающегося с начала времён сжатия. Но поступление энергии из всех перечисленных источников, по идее, должно быть равномерным. На Юпитере, — опять-таки, по идее, — нет факторов, порождающих всякого рода климатические эксцессы на Земле. У нас неоднородности поверхности, различия в их отражающей способности (в том числе и сезонные, связанные с выпадением снега, и климатические, связанные с белизной облаков) ведут к неравномерному нагреву и перераспределению тепла… На Юпитере же нет ничего подобного.
Или есть?
Появление исключительно крупных циклонов, вроде, бы свидетельствует, что на Юпитере не всё уж так однообразно и скучно. Какие-то события, связанные с «разовым» выделением грандиозной энергии, не израсходованной вихрем за века, там должны происходить… Но что там может происходить?
Если коротко, то это — неизвестно.
Если же длиннее, то в «металлическом» слое Юпитера гуляют сверхмощные кольцевые токи и генерируются магнитные поля, что (возможно) время от времени приводит к вспышкам, подобным солнечным. Мы их не наблюдаем, потому что энергия «короткого замыкания» поглощается ещё на «дне» атмосферы гиганта.
