Jupiterio paviršiuje siaučia milžiniškos audros. Dėl šių audrų neįmanoma pamatyti, kas slypi apačioje, tačiau nauji modeliavimo, kuriam vadovauja Čikagos universiteto mokslininkai, rezultatai suteikia mūsų supratimui naujų galimybių.
Nuotraukos autorius: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS
Jupiterio paviršiuje siaučia įspūdingi debesys. Šiuose debesyse yra vandens, kaip ir Žemėje, tačiau dujų milžino paviršiuje jis yra daug tankesnis – toks tankus, kad joks zondas negalėjo tiksliai išmatuoti, kas slypi apačioje.
Tačiau naujas Čikagos universiteto ir „Jet Propulsion Lab“ mokslininkų atliktas tyrimas leido mums giliau pažvelgti į planetą, sukurdamas iki šiol išsamiausią Jupiterio atmosferos modelį.
Be kita ko, analizė nagrinėja seną klausimą apie tai, kiek deguonies yra dujų milžinėje: apskaičiuota, kad Jupiteryje yra maždaug pusantro karto daugiau deguonies nei Saulėje. Tai padeda mokslininkams susiaurinti vaizdą apie tai, kaip susiformavo visos Saulės sistemos planetos.
„Tai ilgalaikė diskusija planetų tyrimuose“, – teigė Jeehyun Yang, podoktorantūros tyrėjas Čikagos universitete ir pirmasis šio straipsnio autorius. „Tai liudija, kaip naujausios kartos skaičiavimo modeliai gali pakeisti mūsų supratimą apie kitas planetas.“
Tyrimas buvo paskelbtas sausio 8 d. žurnale „The Planetary Science Journal“.
Debesys ir chemija
Apie audringą Jupiterio dangų žinome mažiausiai 360 metų – būtent tada astronomai, naudodami ankstyvuosius teleskopus, užfiksavo keistą, didelę nuolatinę dėmę Jupiterio paviršiuje.
Didžioji raudonoji dėmė yra milžiniška audra, dvigubai didesnė už Žemę, kuri sūkuriuoja šimtmečius. Tai tik viena iš daugelio planetoje, nes dėl smarkių vėjų ir gilių debesų visą Jupiterio paviršių dengia audrų kaleidoskopas.
Ko mes nežinome, tai kas tiksliai slypi po šiomis audromis. Debesys yra tokie stori, kad NASA „Galileo“ zondas prarado ryšį su Žeme, kai 2003 m. jis nukrito į gilesnę atmosferą. Kita Jupiterį aplankanti misija „Juno“ šiuo metu kataloguoja planetą iš saugaus atstumo orbitoje.
Šie matavimai iš orbitos gali mums parodyti viršutinės atmosferos komponentus: amoniaką, metaną, amonio hidrosulfidą, vandenį ir anglies monoksidą. Mokslininkai tai sujungė su žiniomis apie chemines reakcijas, kad sukurtų Jupiterio giliosios atmosferos modelius.
Tačiau tyrimai nesutarė dėl tam tikrų klausimų, pavyzdžiui, kiek vandens – taigi ir deguonies – yra planetoje. Yangas įžvelgė galimybę pritaikyti naujos kartos cheminį modeliavimą šiam sudėtingam klausimui spręsti.
Jupiterio atmosferos chemija yra neįtikėtinai sudėtinga. Molekulės keliauja tarp itin karštų sąlygų giliai atmosferoje ir vėsesnių viršutinių regionų, keisdamos fazes ir persitvarkydamos į skirtingas molekules per tūkstančius skirtingų reakcijų tipų. Tačiau reikia atsižvelgti ir į debesų bei lašelių elgesį.
Siekdamas geriau užfiksuoti visus šiuos reiškinius, Yangas dirbo su mokslininkų komanda, kad sujungtų chemiją ir hidrodinamiką į vieną modelį – pirmą kartą.
„Jums reikia abiejų“, – sakė Yangas. „Chemija yra svarbi, tačiau neapima vandens lašelių ar debesų elgesio. Vien hidrodinamika per daug supaprastina chemiją. Todėl svarbu jas sujungti.“
Elementarūs klausimai
Tarp išvadų yra naujas Jupiterio deguonies kiekio apskaičiavimas. Remiantis tyrėjų analize, Jupiteryje jo greičiausiai yra maždaug pusantro karto daugiau nei Saulėje.
Mokslininkai dešimtmečius ginčijasi dėl šio skaičiaus. Neseniai atliktame dideliame tyrime jis buvo daug mažesnis – tik trečdalis kiekio, esančio Saulėje.
Tačiau šios statistikos žinojimas yra ypač svarbus norint suprasti, kaip susiformavo mūsų Saulės sistema.
Visi elementai, iš kurių susidaro planetos – ir mes – yra ta pati medžiaga, kuri sudaro ir Saulę. Tačiau šių medžiagų kiekiai gali skirtis, ir mes galime panaudoti šias užuominas, kad suprastume, kaip planetos turėjo susiformuoti.
Pavyzdžiui, ar Jupiteris susiformavo toje pačioje vietoje, kur yra dabar, ar jis susiformavo arčiau ar toliau ir laikui bėgant dreifavo? Užuominų gali gauti iš to, kad didelė dalis planetos deguonies yra surišta vandenyje, kuris užšals – ir elgsis kitaip – jei bus per toli nuo šiltos Saulės.
Savo ruožtu, žinojimas apie tai, kokios sąlygos sukuria kokio tipo planetas, gali padėti mums ieškant gyvybei tinkamų planetų už mūsų Saulės sistemos ribų.
Modelis taip pat leido manyti, kad Jupiterio atmosfera greičiausiai cirkuliuoja aukštyn ir žemyn daug lėčiau, nei manyta ilgai.
„Mūsų modelis rodo, kad difuzija turėtų būti 35–40 kartų lėtesnė, palyginti su standartine prielaida“, – sakė Yang. Pavyzdžiui, vienai molekulei judėti per vieną atmosferos sluoksnį prireiktų kelių savaičių, o ne valandų.
„Tai išties parodo, kiek daug dar turime sužinoti apie planetas, net ir savo Saulės sistemoje“, – sakė Yang.
Jeehyun Yang et al, Coupled 1D Chemical Kinetic Transport and 2D Hydrodynamic Modeling Supports a Modest 1–1.5× Supersolar Oxygen Abundance in Jupiter’s Atmosphere, The Planetary Science Journal (2026). DOI: 10.3847/psj/ae28d5