Ученые завершили самое продолжительное исследование по отслеживанию температуры в верхней тропосфере Юпитера (слое атмосферы, где формируются характерные красочные полосатые облака).

В ходе работы, длившейся более четырех десятилетий и объединившей данные космических аппаратов НАСА и наблюдений с наземных телескопов, были обнаружены неожиданные закономерности в изменении температуры поясов и зон Юпитера. Это важный шаг на пути к пониманию того, что влияет на погоду на самой большой планете нашей Солнечной системы, и, в конечном итоге, к возможности прогнозировать ее.

Тропосфера Юпитера имеет много общего с земной: именно здесь формируются облака и бушуют бури. Чтобы понять эту погодную активность, ученым необходимо изучить определенные свойства, включая ветер, давление, влажность и температуру. Со времен миссий НАСА "Пионер-10" и "11" в 1970-х годах, они знали, что, как правило, более низкие температуры связаны со светлыми и белыми полосами Юпитера (известными как зоны), в то время как темные, коричнево-красные полосы (известные как пояса) заметно теплее.

Но имевшегося набора данных было недостаточно, чтобы понять, как температуры меняются в долгосрочной перспективе. Исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, открывает новые горизонты. Используя изображения яркого инфракрасного свечения (невидимого человеческому глазу), которое исходит из более теплых областей атмосферы, исследователи непосредственно измерили температуру Юпитера над разноцветными облаками. Ученые собрали эти изображения через равные промежутки времени в течение трех оборотов Юпитера вокруг Солнца, каждый из которых длится 12 земных лет.

В процессе они обнаружили, что температура Юпитера поднимается и падает после определенных периодов, которые не связаны с сезонами или какими-либо другими известными ученым циклами. Поскольку на Юпитере слабо выражены времена года — планета наклонена относительно своей оси всего на 3 градуса по сравнению с земными 23,5 градусами, — исследователи не ожидали, что температура на Юпитере будет меняться в таких регулярных циклах.

Исследование также выявило таинственную связь между температурными сдвигами в регионах, удаленных друг от друга на тысячи километров: по мере повышения температуры на определенных широтах в северном полушарии, она снижалась на тех же широтах в южном полушарии.

"Это было самым удивительным, — отмечает Гленн Ортон, старший научный сотрудник Лаборатории реактивного движения НАСА и ведущий автор исследования. — Мы обнаружили связь между тем, как меняются температуры в очень отдаленных широтах. Это похоже на явление, которое мы наблюдаем на Земле, когда погодные и климатические условия в одном регионе могут оказывать заметное влияние на погоду в другом месте, а характеры изменчивости кажутся "телесвязанными" на огромные расстояния через атмосферу".

Следующая задача — выяснить, что вызывает эти циклические и, казалось бы, синхронизированные изменения.

"Мы решили одну часть головоломки, которая заключается в том, что атмосфера показывает эти естественные циклы, — говорит соавтор Ли Флетчер из Университета Лестера в Англии. — Чтобы понять, что движет этими паттернами и почему они возникают в этих конкретных временных масштабах, нам нужно исследовать как выше, так и ниже облачных слоев".

Одно из возможных объяснений стало очевидным на экваторе: авторы исследования обнаружили, что колебания температуры в стратосфере, по-видимому, меняются по схеме, противоположной тому, как ведут себя температуры в тропосфере. Это может означать, что изменения в стратосфере влияют на изменения в тропосфере и наоборот.

Десятилетия наблюдений

Ортон и его коллеги начали исследование в 1978 году. С тех пор они несколько раз в год пытались получить время для наблюдений с помощью трех крупных телескопов по всему миру: Очень Большого Телескопа в Чили, а также на Инфракрасного телескопа НАСА и телескопа Subaru в обсерватории Мауна-Кеа на Гавайях.

В течение первых двух десятилетий исследования Ортон и его товарищи по очереди ездили в эти обсерватории, собирая информацию о температурах, которая в конечном итоге позволила им соединить точки. К началу 2000-х часть работы с телескопом можно было выполнять удаленно.

Затем следовала трудная часть — объединение многолетних наблюдений с нескольких телескопов и научных инструментов для поиска закономерностей. К ветеранам-ученым в их длительном исследовании присоединились несколько стажеров-студентов, ни один из которых еще не родился, когда исследование начиналось. Это студенты Калифорнийского технологического института, Cal Poly Pomona, Университета штата Огайо и Колледжа Уэлсли.

Ученые надеются, что их работа поможет им в конечном итоге предсказать погоду на Юпитере, теперь, когда у них есть более детальное представление о ней. Исследование может способствовать моделированию климата и температурных циклов, и их влияния на погоду не только в случае с Юпитером, но и для всех планет-гигантов в нашей Солнечной системе и за ее пределами.

"Измерение этих температурных изменений и периодов во времени — это шаг к тому, чтобы в конечном итоге получить полный прогноз погоды на Юпитере, если мы сможем связать причину и следствие в атмосфере, — сказал Флетчер. — И еще более важный вопрос заключается в том, сможем ли мы когда-нибудь перенести это знание на другие планеты-гиганты, чтобы увидеть, проявятся ли аналогичные закономерности".