Молодые ветра Сатурна

Лаборатория Реактивного Движения,

25 июня 2012 года

По всему Сатурну, на западе и на востоке, ревут турбулентные потоки - области, где ветра дуют сильнее, чем в других местах.Ученые годами пытаются понять механизм и источник энергии этих волновых образований в атмосфере Сатурна .

Новое исследование, которое появилось в журнале Икар, использует снимки, сделанные Кассини на протяжении нескольких лет, чтобы обнаружить, как тепло планеты накачивает энергией эти потоки. Конденсация воды при нагреве Сатурна внутренним теплом, приводит к образованию разных температур в атмосфере. Эта разница температур создает края или завихрения, ускоряя потоки и заставляя двигаться их, как шестеренки на конвейере.

Существует еще одна теория, которая говорит о том, что разница температур обусловлена теплом Солнца - так, как это работает в атмосфере Земли.

"Мы знаем, что атмоферы таких планет, как Сатурн и Юпитер, могут получать энергию только из двух источников - от Солнца или внутреннего тепла. Проблема в том, чтобы определить, в чем разница этих двух методов нагрева," говорит Тони Дел Джинио (Tony Del Genio) из Годдардского Института Космических Исследований НАСА, руководитель исследований и участник команды по обработке изображений Кассини.
 

Это исследование стало возможным потому, что Кассини находится на орбите Сатурна уже достаточно долго, чтобы получить изображения, показывающие изменения в атмосфере со временем. "Понимание того механизма, который управляет метеорологией на Сатурне, и вообще на газовых планетах - одна из главных целей миссии Кассини," говорит Каролина Порко (Carolyn Porco), руководитель команды обработки изображений в Институте Космических Исследований в Боулдере, Колорадо. "Замечательно, что мы наконец, пришли к пониманию, что эти атмосферные процессы делают Землю в чем-то похожей, а в чем-то отличной от других планет."

В отличие от Земли, с ее тонкой атмосферой и твердой поверхностью, Сатурн - газовый гигант, в глубине атмосферы которого находятся многочисленные слои облаков. Целые серии потоков проносятся по лицу Сатурна, что видно человеческому глазу и камерам ближнего инфракрасного диапазона Кассини. Большинство потоков направлены на восток, хотя есть некоторые, идущие и на запад. Такие потоки образуются в местах, где есть большая разница температур при переходе от одних широт к другим.

Благодаря фильтрам на камерах Кассини, ученые смогли впервые наблюдать процессы образования потоков на низких высотах в атмосфере Сатурна. Один фильтр показывает верхнюю часть тропосферы, где сильно нагревание облаков Солнцем, другой - более глубокие слои, на верхушках ледяных облаков аммиака, где конденсируется вода, образуются облака и дождь.

В этом исследовании, продолжающем публикации 2007 года, авторы используют специальное ПО для отслеживания движения облаков и определения их скорости по результатам сотен снимков Кассини - с 2005 по 2012 год.

"С нашим улучшенным алгоритмом мы смогли определить почти 120 тысяч векторов ветра на 560 снимках, что дало нам беспрецендентную картинку потока ветра на Сатурне, на двух независимых высотах в глобальном масштабе," говорит соавтор исследования Джон Барбара (John Barbara). 

В итоге, ученые обнаружили, что вихри верхних слоев атмосферы - там, где в основном, идет нагрев солнечными лучами - слабее, чем в глубоких слоях. Поэтому авторы исследования сделали вывод, что основным источником энергии потоков является как раз внутреннее тепло, а не Солнце. В некоторых местах внутри атмосферы, по мере движения нагретого воздуха вверх, происходит конденсация водяного пара, что образует облака и дожди. Это тепло также дает достаточно энергии, чтобы запускать атмосферные потоки.
 

 Пока саму конденсацию пара наблюдать не удается - этот процесс происходит на более низких высотах, недоступных для Кассини. Основное отличие всех этих процессов от земных - то, что на Сатурне вихри образуются, в основном, из-за нагрева атмосферы теплом планеты, в то время как на Земле циклоны создаются при действии солнечного тепла.