Почему Большое красное пятно Юпитера существует сотни лет

Большое красное пятно — гигантский атмосферный вихрь на Юпитере, который наблюдают уже очень давно. Он сохраняется значительно дольше земных ураганов благодаря огромным размерам, быстрому вращению Юпитера, мощным струйным течениям и отсутствию твёрдой поверхности. При этом шторм не остаётся неизменным: он постепенно уменьшается, меняет форму и взаимодействует с окружающей атмосферой.

Что такое Большое красное пятно

Большое красное пятно находится в южном полушарии Юпитера и представляет собой огромный антициклон — область высокого давления с вращающимися потоками газа.

По размерам этот вихрь сопоставим с Землёй. В прошлом он был значительно крупнее: исторические наблюдения показывают, что за последние столетия пятно заметно уменьшилось.

Ветры по краям вихря достигают нескольких сотен километров в час. При этом шторм существует не только в верхнем слое видимых облаков. Измерения космического аппарата «Юнона» показали, что его структура продолжается на сотни километров в глубину атмосферы.

То есть Большое красное пятно — не плоское пятно на поверхности облаков, а огромный трёхмерный атмосферный вихрь.

Почему земные ураганы быстро исчезают

Чтобы понять необычную долговечность пятна, полезно сравнить его с земными ураганами.

На Земле тропический циклон получает энергию от тёплого океана. Когда он выходит на сушу, источник энергии резко ослабевает. Кроме того, горы, леса и неровности поверхности создают трение и разрушают организованное движение воздуха.

Поэтому даже самые мощные земные ураганы обычно живут дни или недели. На Юпитере нет твёрдой поверхности, похожей на земные материки.

Под видимыми облаками атмосфера постепенно становится всё плотнее, а давление и температура растут. Большому красному пятну просто некуда «выйти на сушу». Это одна из главных причин, почему гигантский шторм может сохраняться намного дольше земных атмосферных вихрей.

Юпитер очень быстро вращается

Юпитер — крупнейшая планета Солнечной системы, но сутки на нём длятся меньше десяти часов. Такое быстрое вращение оказывает огромное влияние на атмосферу.

Планету опоясывают мощные струйные течения, которые движутся в противоположных направлениях и формируют характерные светлые и тёмные полосы.

Большое красное пятно расположено между такими потоками. Они словно удерживают вихрь в определённой области и помогают сохранять его структуру.

Атмосфера Юпитера вообще отличается очень высокими скоростями ветра. Например, телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил мощный высотный поток над экватором, скорость которого превышает 500 км/ч.

На такой быстро вращающейся планете крупные вихри могут существовать в условиях, которых практически нет на Земле.

Почему шторм не теряет всю свою энергию

Любой вихрь постепенно рассеивает энергию, поэтому возникает вопрос: почему Большое красное пятно до сих пор не исчезло?

Ответ, вероятно, связан с окружающей атмосферой.

Рядом с огромным вихрем постоянно возникают более мелкие штормы. Некоторые из них сталкиваются с Большим красным пятном или проходят рядом с ним.

При таких взаимодействиях крупный вихрь может получать дополнительную энергию и угловой момент.

Поэтому пятно нельзя представлять как один древний шторм, который несколько столетий расходует первоначальный запас энергии.

Это часть постоянно движущейся атмосферы Юпитера, которая непрерывно обменивается энергией с окружающими потоками.

Почему Большое красное пятно красное

Название вихря связано с его характерным красновато-оранжевым цветом.

Но точная причина этой окраски до сих пор полностью не установлена.

Атмосфера Юпитера состоит главным образом из водорода и гелия, однако в ней также присутствуют аммиак, метан, вода и различные соединения в небольших количествах.

В верхних слоях атмосферы солнечное ультрафиолетовое излучение может запускать химические реакции, образующие окрашенные вещества.

Такие соединения называют хромофорами. Вероятно, именно они создают красноватую дымку над Большим красным пятном.

Цвет шторма при этом меняется. Иногда он становится насыщенно красным, а иногда заметно бледнеет. Это показывает, что состав и высота облаков внутри вихря тоже изменяются.

Насколько глубокое Большое красное пятно

Долгое время астрономы видели только верхушки облаков Юпитера и не знали, насколько глубоко продолжается шторм.

Ситуация изменилась благодаря аппарату «Юнона». Его приборы позволили исследовать слои атмосферы под видимыми облаками. Оказалось, что Большое красное пятно распространяется примерно на несколько сотен километров вниз.

При этом сама атмосферная циркуляция Юпитера уходит гораздо глубже. Это важно, потому что большой глубокий вихрь значительно труднее разрушить, чем небольшое поверхностное атмосферное образование.

Пятно постепенно уменьшается

Несмотря на необычайную долговечность, Большое красное пятно вовсе не является неизменным.

В XIX веке его ширину оценивали примерно в 40 тысяч километров. Во время пролётов «Вояджеров» в 1979 году она составляла уже около 23 тысяч километров.

Сегодня размеры ещё меньше и сопоставимы с диаметром Земли.

Меняется и форма пятна. Раньше оно было гораздо более вытянутым, а теперь становится более компактным и округлым. Но уменьшение происходит не с постоянной скоростью.

Шторм сжимается, расширяется, взаимодействует с соседними потоками и периодически теряет облачные структуры по краям. Поэтому нельзя просто провести линию на графике и вычислить дату, когда пятно должно исчезнуть.

Большое красное пятно ещё и пульсирует

Современные наблюдения показали, что размеры и форма вихря могут меняться даже в течение нескольких месяцев.

Пятно слегка сжимается и расширяется, а его положение и скорость движения меняются. Подобные колебания связаны с взаимодействием шторма с мощными атмосферными потоками по соседству.

То есть Большое красное пятно — не стабильный красный овал, застывший в атмосфере на века. Это постоянно меняющаяся динамическая система.

Почему на Юпитере вообще столько штормов

Большое красное пятно — самый известный вихрь Юпитера, но далеко не единственный. В атмосфере постоянно возникают более мелкие циклоны и антициклоны. Некоторые существуют недолго, другие сохраняются годами.

Юпитер получает энергию не только от Солнца. Планета также выделяет собственное внутреннее тепло, оставшееся после её формирования и поддерживаемое медленным гравитационным сжатием.

Эта энергия способствует мощной атмосферной циркуляции. Добавим быстрое вращение, отсутствие твёрдой поверхности и огромную толщину атмосферы — и получим условия для образования многочисленных гигантских штормов.

Даже облака Юпитера устроены необычно. В некоторых областях могут формироваться градины из воды и аммиака, способные переносить вещества между различными слоями атмосферы.

Правда ли, что пятно наблюдают уже 350 лет

Здесь нужна осторожность. Астрономы начали замечать крупные пятна на Юпитере ещё в XVII веке. Однако не доказано, что все исторические наблюдения относятся именно к тому же самому вихрю, который мы называем Большим красным пятном сегодня.

Между некоторыми сериями наблюдений существуют большие промежутки. Поэтому часто встречающаяся фраза о том, что Большому красному пятну точно 350 или 400 лет, несколько упрощает ситуацию.

Современный вихрь наблюдают непрерывно значительно меньшее время, хотя он действительно может существовать уже несколько столетий.

Может ли Большое красное пятно исчезнуть

Да. Несмотря на свою устойчивость, шторм постепенно меняется и уменьшается.

Если он продолжит терять энергию или окружающие струйные течения изменятся, Большое красное пятно может значительно ослабнуть или полностью исчезнуть. Но сейчас невозможно сказать, когда это произойдёт.

Не исключено и другое развитие событий: вихрь может стабилизироваться в меньшем размере и продолжить существовать ещё очень долго. Поэтому сообщения о скором исчезновении Большого красного пятна следует воспринимать осторожно.

Зачем учёные наблюдают за этим штормом

Большое красное пятно позволяет изучать физику атмосферы в масштабах, невозможных на Земле. По его движению можно исследовать взаимодействие гигантских вихрей со струйными течениями, перенос тепла и вещества, химические реакции в облаках и глубокую циркуляцию атмосферы.

Особенно важны совместные наблюдения нескольких аппаратов. «Юнона» исследует глубокие слои атмосферы, «Хаббл» позволяет следить за изменениями пятна в течение многих лет, а «Джеймс Уэбб» изучает верхние слои и температурную структуру в инфракрасном диапазоне.

Большое красное пятно оказалось не вечным и неизменным штормом, а огромной атмосферной системой, которая постоянно перестраивается — и именно это делает её особенно интересной.