Жаңа компьютерлік модельдеу Юпитер атмосферасындағы судың өте біркелкі таралмағанын көрсетті. Жаңбыр мен қуатты турбулентті ағындар ылғалды планетаның терең қабаттарына ондаған километрге дейін алып кетеді, сондықтан кейбір аймақтарда судың концентрациясы басқаларға қарағанда он есе жоғары болуы мүмкін.

Юпитердің Күн жүйесіне әсері

Юпитер — біздің Күн жүйемізде алғаш қалыптасқан планета. Оның орасан зор массасы мен күшті гравитациясы Жер мен басқа планеталардың орбиталарына айтарлықтай әсер етті. Юпитерде қанша су бар және ол қайда орналасқанын түсіну — Жердегі судың шығу тегін анықтауда маңызды, бұл сұрақ әлі күнге дейін планетологияда ашық күйінде қалып отыр. Бұрынғы миссиялар, мысалы, 1990-жылдардағы Galileo, Юпитердің экваторлық аймақтарында суды анықтаған, бірақ бұл деректер бүкіл планета үшін репрезентативті ме, жоқ па — белгісіз болып қала берді.

Юпитер атмосферасын зерттеудегі қиындықтар

Юпитердің сыртқы көрінісі — шиыршық жолақтары мен алып құйындары — атмосфераның күрделі динамикасының нәтижесі. Бұл әсемдік терең қабаттардағы химиялық құрамды өлшеуді қиындатады. Қазіргі уақытта газ алыбының орбитасында жұмыс істеп жатқан NASA-ның Juno аппараты жалпы су мөлшерін анықтауға арналған. Жаңа зерттеу ең дәл нәтижелер алу үшін қай аймақтарда өлшеу жүргізу керектігін түсінуге көмектеседі. Осындай қиындықтар мұзды алыптар — Уран мен Нептунды зерттегенде де туындауы мүмкін, онда басқа заттар, мысалы, метан конденсацияланады.

Юпитердің гидрологиялық циклінің жаңа моделі

Судың таралу процестерін түсіну үшін Калифорния технологиялық институтының мамандары Юпитердің гидрологиялық циклінің жаңа моделін жасады. Зерттеу нәтижелері Proceedings of the National Academy of Sciences журналында жарияланды.

Ғалымдар газ алыбының орта ендіктеріндегі жағдайларды қайта жасайтын жоғары ажыратымдылықтағы компьютерлік симуляцияны қолданды. Модель атмосфераның 45 000 километр ені мен 60 000 километр ұзындығын қамтыды, 87 бар қысымнан бастап жоғарғы қабаттағы 0,002 барға дейінгі тереңдікті зерттеді.

Есептеулерде Юпитердің негізгі ерекшеліктері ескерілді: оның жылдам айналуы (бір тәулік — бар болғаны 10 жер сағаты) және гидрологиялық циклдің ерекшеліктері — су буының конденсацияланып, бұлттар түзіп, жауын түрінде түсіп, кейін терең қабатта қайта булануы. Бастапқы шарттарда атмосфераның терең қабаттарында су біркелкі таралған, ал оның мөлшері Күндегі оттегі құрамынан үш есе көп деп болжанды.

Модельдеу нәтижелері: ылғалдың күрделі құрылымы

Симуляция турбулентті ағындар мен жаңбырлар ылғалдың күрделі үш өлшемді құрылымын қалыптастыратынын көрсетті. Жауын-шашын суын бұлттардың көрінетін қабатынан төменге алып кетіп, жоғарғы қабаттарды құрғатып, төменгі атмосфераны ондаған километр тереңдікте ылғалды етеді. Бұл процесс тік бағытта біркелкі еместік тудырады. Кейін ірі масштабты құйындар мен толқындар ауа массаларын көлденең бағытта араластырады, бірақ бұл кездейсоқ емес.

Ауа ағындарының қозғалысына планетаның айналуы қатты әсер етеді. Бұл процестердің динамикасын «потенциалдық завихренность» деп аталатын физикалық шама сипаттайды. Модель дәл осы көрсеткіш судың ендік бойынша араласуын басқаратынын көрсетті. Нәтижесінде, 7 бар қысым деңгейінде судың мөлшері кейбір аймақтарда он еседен астам айырмашылыққа ие: бір жерлерде оның концентрациясы Күндегі мөлшерден төмен, ал басқа жерлерде — айтарлықтай жоғары. Бұл неге жергілікті өлшеулер бүкіл планетадағы су қорын толық көрсете алмайтынын түсіндіреді.

Зерттеудің болашақ миссиялар үшін маңызы

Зерттеу Юпитердегі судың неге соншалықты біркелкі таралмағанын түсіндірді. Бұл — жауын-шашынның тік бағытта бөлуі мен қуатты атмосфералық құйындардың ендік бойынша ылғалды араластыруының күрделі өзара әрекеттесуінің нәтижесі.

Модель дәл су мөлшерін анықтау үшін зондтарды барлық жауын-шашын буланатын тереңдікке дейін түсіру қажет екенін болжайды. Бұл қорытындылар Juno миссиясының деректерін түсіндіруге және Күн жүйесіндегі басқа газ алыптарын зерттеуге арналған болашақ аппараттарды жоспарлауға көмектеседі.