Солнечная система - Страница 61

Плодотворной оказалась идея о том, что БКП — это долгоживущий свободный вихрь в атмосфере Юпитера. Вихрь такого размера и соответствующей массы с верхушкой в виде Красного Пятна может прожить тысячи лет. Согласно наблюдениям, движение деталей по поверхности Пятна действительно носит характер вихря. Появилось большое число гипотез в развитие идеи вихря. Образования, подобные БКП, связывают с существованием устойчивой одиночной волны в атмосфере — солитона. В этом случае БКП может быть очень долгоживущей деталью на облачной поверхности Юпитера.

Наблюдения с космических аппаратов подтвердили, что БКП — это гигантский долгоживущий вихрь в атмосфере планеты. Снимки, сделанные «Вояджерами» за дни пролета мимо Юпитера, были смонтированы в кадры кинофильма, где все движения ускорены в полмиллиона раз. Перед зрителем возникла шевелящаяся, ползущая масса поясов, зон и «плюмажей», подобных тем, что можно видеть на рис. Плюмажи, окантовки БКП и другие пятна огибают этот вихрь, срываются с него и уходят к западу. Светлые, расширяющиеся к западу полосы вдоль экваториального пояса напоминают полосы дыма, относимые ветром от источника. Темный экваториальный пояс в своем относительном движении к западу обгоняет южный умеренный пояс, а зажатое между ними Большое Красное Пятно вращается против хода часовой стрелки с периодом чуть более 6 сут.

На периферии БКП движение облаков имеет хаотический, турбулентный характер, но в центре движение спокойное. С периферией БКП связаны характерные голубые пятна; некоторые из них возникли сравнительно недавно, в 1939—40 гг. Возможно, это дочерние вихри, отделившиеся от Большого Пятна. Такие же небольшие пятна видны на поясах и зонах, расположенных южнее БКП, т.е. ближе к полюсу.

Состав, строение и динамика атмосферы

Юпитер почти целиком состоит из водорода и гелия — как внутри (на это указывают расчеты), так и снаружи (по прямым измерениям). В атмосфере Юпитера по данным «Вояджеров» 89% водорода и 11% гелия (по объему). Отношение 89:11 по объему для водородно-гелиевой смеси — это то же, что 80:20 по массе, так как масса атома гелия 4 а.е., а молекулы водорода 2 а.е. Измерения со спускаемого аппарата «Галилео» (1995 г.) дали немного большее содержание гелия, 24% по массе.

Водородно-гелиевая атмосфера Юпитера имеет огромную протяженность. Облачный покров расположен на высоте не менее 1000 км. над условной «поверхностью», где огромное давление вызывает постепенный переход вещества от газообразного состояния к жидкому. Облачный слой и, по крайней мере, верхняя часть атмосферы охвачены интенсивными вертикальными движениями, которые проявляются в характерной картине темных поясов и светлых зон Юпитера.

В атмосфере Юпитера практически нет меридиональных течений. Зоны и пояса — это области восходящих и нисходящих потоков в атмосфере, которые в долготном направлении имеют глобальную протяженность. Эти атмосферные течения, параллельные экватору, имеют некоторое сходство с пассатами Земли. Движущие силы в этой природной тепловой машине — потоки тепла, идущие из глубины планеты, энергия, получаемая от Солнца, а также быстрое вращение планеты. Видимые поверхности зон и поясов в таком случае должны находиться на разных высотах. Это было подтверждено тепловыми измерениями: зоны оказались холоднее поясов. Разница в температурах показывает, что видимая поверхность зон расположена примерно на 20 км. выше. БКП оказалось выше и на несколько градусов холоднее поясов. И, наоборот, голубые пятна оказались источниками тепловой радиации, восходящей из глубоких слоев атмосферы. Интересно, что не обнаружено существенной разности температур между полярными и экваториальными областями планеты. Косвенно это позволяет сделать такой вывод: внутреннее тепло планеты играет более важную роль в динамике ее атмосферы, чем энергия, получаемая от Солнца. Средняя температура на уровне видимых облаков близка к 130 К.

Еще по наземным наблюдениям астрономы разделили пояса и зоны в атмосфере Юпитера на экваториальные, тропические, умеренные и полярные. Например, БКП лежит в Южной тропической зоне. Поднимающиеся из глубин атмосферы нагретые массы газов в зонах под действием значительных на Юпитере кориолисовых сил вытягиваются в долготном направлении, причем противоположные края зон движутся навстречу друг другу, вдоль параллелей. На границах зон и поясов (области нисходящих потоков) видна сильная турбулентность; скорости движения здесь достигают наибольших значений, до 100 м/с, а в районе экватора даже 150 м/с. Севернее экватора потоки в зонах, направленные к северу, отклоняются кориолисовыми силами к востоку, а направленные к югу — к западу. В южном полушарии направление отклонений обратное. Именно такую структуру движений на Земле образуют пассаты. «Крыша» облаков в поясах и зонах находится на разных высотах. Различия в их окраске определяются температурой и давлением фазовых переходов малых газообразных составляющих. Светлые зоны — это восходящие колонны газа с повышенным содержанием аммиака, пояса — обедненные аммиаком нисходящие потоки. Яркая окраска поясов связана, вероятно, с аммонийными полисульфидами и некоторыми другими окрашивающими компонентами, например, фосфином.

Вихри в атмосфере Юпитера

Экспериментальные данные свидетельствуют, что динамика облачного слоя Юпитера — лишь внешнее проявление могучих сил, действующих в подоблачной атмосфере планеты. Удавалось наблюдать, как в облаках возникает мощное вихревое образование, местный ураган, диаметром в 1000 км. и более. Такие образования живут долго, по нескольку лет, а наиболее крупные из них — даже несколько сотен лет. Подобные вихри образуются, например, в результате движения больших масс поднимающегося нагретого газа в атмосфере. На рис. БКП видно большое число вихревых образований. Во многих случаях пятна имеют темную окантовку. Маленькие пятна живут менее 24 ч.