Юпитер уже уникален из-за своих гигантских размеров. При радиусе 69.911 км и массе – 1.8986 × 10 27 кг он практически в 11 раз крупнее Земли и в 318 раз массивней. Это самая большая планета в Солнечной системе. Но когда дело касается погоды, планета просто слетает с катушек. Ее экстремальные штормы способны разрастись на тысячи километров в диаметре всего за пару часов. Также на планете отмечают бури, разряды молний и сияния.
Атмосферная погода Юпитера
Большое Красное Пятно Юпитера, снятое телескопом Хаббл в 2014 году
Юпитер в инфракрасных длинах волн в сравнение с любительским снимком в видимом свете
Именно они создают эти желтые, коричневые и белые слои, которые обтекают поверхность. Это воздух, протекающий в разных направлениях в различных широтах. Более светлые участки именуют зонами, а темные – ремнями. Когда они контактируют, формируются бури.
Большое Красное Пятно и его влияние на погоду Юпитера
Структура атмосферы Юпитера
При буре ветер разгоняется от 360 км/ч до 620 км/ч. Причем порой для появления достаточно всего нескольких часов.
Один шторм считают наиболее примечательным – Большое Красное Пятно Юпитера, за которым непрерывно следят с 1660-х гг. Впервые наблюдал Джованни Кассини. С каждым годом он сокращается и в 2012 году появилась мысль, что однажды просто исчезнет.
Это одна из примечательных особенностей планеты. Расположена на 22° южнее экваториальной линии, а в ширину простирается на 44000 км, что больше земного диаметра. Совершает обороты против часовой стрелки.
Галилео появился возле Юпитера в 1990-х гг., а Вояджер-1 сделал великолепный снимок с облаками
Он не соответствует атмосферному движению: ускоряется или замедляется. Несколько раз менял свою позицию.
Также на планете Юпитер есть погода земного типа. Речь идет о молниях, которые могут быть связаны с тонким слоем водных облаков, расположенных в основе аммиачного слоя.
Композитные изображения рентгеновской обсерватории Чандра и телескопа Хаббл, демонстрирующие гиперэнергичные сияния на Юпитере
Присутствие водного слоя привело к разделению заряда, в котором нуждается молния. Причем молнии на Юпитере в 1000 раз по мощности превосходят земные.
Анимация движения облаков на Юпитере
Также на северных и южных полюсах отмечают сияния, которые отличаются интенсивностью и практически бесконечностью. В общем, можно сказать, что на Юпитере присутствует такая же погода, но она намного масштабнее и эксцентричнее.
Если космонавты когда-нибудь доберутся до пятой от Солнца планеты, то они станут свидетелями потрясающего пейзажа – дождя из различных форм и размеров алмазов. Именно к такому выводу пришли американские планетологи из университета Висконсина. Как на Юпитере образуются столь драгоценные осадки и сколько богатства таят недра планеты?
Юпитер – самая крупная планета в нашей Солнечной системе, отличающаяся совершенно непригодными для жизни условиями, ураганными ветрами в атмосфере, колоссальной гравитацией и отсутствием твердой поверхности.
Это газовый гигант, который в большей степени состоит из водорода и гелия, в меньшей степени – из метана, аммиака, сероводорода и воды. Газовая оболочка без четкой разделительной черты переходит в бескрайний океан расплавленного металлического водорода. Ядро гиганта может быть как в жидком, там и в твердом состоянии.
Любопытство представляет нижний слой атмосферы. Он охлажден до −130 °C и богат жидкой водой в виде мельчайших капель. Ученые предположили, что здесь могла бы образоваться водно-углеводородная форма жизни, с организмами размером с земной город-миллионник.
Погружаясь вглубь планеты, температура вырастает до +20 000 °C с атмосферным давлением до 4000 ГПа.
Нужно отметить, что с Земли видны лишь несколько слоев атмосферы, которые скрывают Юпитер плотными непрозрачными газовыми облаками. Поэтому о том, что происходит в глубине планеты, исследователи могут только предполагать, основываясь на законах физики. В сущности, алмазные дожди стали именно таким предположением.
Учитывая вышеуказанные условия, планетологи Мона Делитски и Кевин Бейнс в 2013 году высчитали модель преобразования газа метана в алмаз.
Дело в том, что на Юпитере беспрестанно бушуют мощные штормы. Образовавшиеся в них молнии высвобождают из молекул метана атомы углерода. Те, в свою очередь, в больших объемах объединяются друг с другом, после чего медленно падают вглубь планеты.
Эти несанкционированные собрания атомов являются обычной сажей – продуктом неполного сгорания, после встречи с молнией. Чем глубже эта сажа опускается, тем большее давление и нагрев она испытывает, пока, в какой-то момент, не преобразуется в графит, схожий с графитом в наших земных карандашах.
При давлении более 100 000 атмосфер и температуре 1600 градусов графит превращается в алмаз. Однако, на этом его путешествие не заканчивается. Ввиду отсутствия твердой поверхности на Юпитере, падать алмазу приходится до самого ядра планеты.
Пролетев 30 000 км и попав в зону, где температура подскакивает до 8 000 °C, алмаз начинает таять, падая на ядро, если оно все-таки твердое, в виде алмазных капель (жидкого углерода). Общий путь от сажи до алмазной капли достигает 52 000 км.
Надо сказать, что в таком преобразовании нет ничего не обычного. Точно также люди создают искусственные алмазы прямо на Земле. Это химическое осаждение алмазов из газовой фазы – CVD-алмазы.
Согласно такой модели размер алмазов варьируется от одного миллиметра до 10 сантиметров в диаметре. Каждый год выпадает до 1 000 тонн таких осадков.
К слову, Юпитер не единственный гигант, обладающий такими запасами алмазов. Подобная картина наблюдается в Сатурне – тоже газовом гиганте. А вот на братьях Юпитера Уране и Нептуне алмазных дождей почему-то нет. Хотя объем метана у них ничуть не меньше.
Люди, которые не верят в сказки
Открытие планетологов породило разного рода фантазии, где люди в далеком будущем смогут добывать алмазы для нужд Земли. Технически, человечество может сделать это даже сейчас. Но эти фантазии навсегда останутся фантазиями, поскольку такие алмазы вызовут финансовый хаос на Земле.
А вот Дэвид Стивенсон – планетолог из Калифорнийского технологического института, раскритиковал своих коллег, считая, что они неверно применили законы термодинамики и, алмазных дождей на Юпитере быть не может.
Исследователь заявил, атомы углерода не успеют преобразоваться в графит, а вместо этого растворятся в водороде подобно сахару в воде. Другой физик Лука Гирингелли поддержал Стивенсона. По его мнению, объема углерода на Юпитере не достаточно для алмазных осадков.
Как бы то ни было, большинство специалистов оказались на стороне Мона Делитски и Кевина Бейнса. Поэтому можно считать, что алмазные дожди все-таки идут, но увидеть мы их, никогда не сможем.
Еще с 2013 года в СМИ муссируется интересная гипотеза о том, что на Юпитере и Сатурне с неба падают дожди из алмазов. Эту своеобразную теорию выдвинули некоторые ученые-планетологи из Калифорнийского университета.
Удивительные природные явления на Сатурне и Юпитере
По словам ученых на планетах-гигантах в нашей Солнечной системе действительно могут происходить эти удивительные явления. Атмосфера этих планет в основном состоит из водорода и гелия. К тому же на этих газовых гигантах постоянно бушуют сильнейшие штормы во всей Солнечной системе. По подсчетам ученых скорость ветра может превышать 1800 км/ч.
В верхних слоях атмосферы Сатурна и Юпитера было обнаружено множество углеродных облаков. При сильном разряде молнии молекулы углеводорода распадаются. В результате такой реакции освобождается углерод в виде сажи.
Конечно, сажа — это совсем не алмазы. Однако сажа падает вниз и под огромным давлением атмосферы планет-гигантов превращается сначала в графит, а потом в алмазы.
Превращение дождя из сажи в алмазный дождь
Алмаз представляет собой самый твердый минерал и является кубической формой углерода. Для его возникновения необходимы особые условия, такие как огромная температура и очень высокое давление. Все эти условия есть на Сатурне и Юпитере. Известно, что температура нижнего слоя атмосферы Юпитера, которая называется «металлический водород», меняется от 6 300 до 21 000 К, а давление превышает 4 000 ГПА. На Сатурне похожие условия.
Стоит отметить тот факт, что сажа превращается в графит на глубине около 1500 км от самых верхних границ атмосферы газовых гигантов. В алмаз графит превращается еще ниже, где давление и температура возрастают. Этот процесс происходит на глубине примерно 6 000 км.
Смелая гипотеза Кевина Бейтса и Моны Делитски об алмазных дождях
Когда люди смогут побывать на далеких планетах, на Сатурне и Юпитере они будут восхищаться чудесным явлением необычайной красоты – небом в алмазах. А пока это просто красивая гипотеза.
Ученые-планетологи из Калифорнийского университета Мона Делитски вместе с Кевином Бейтсом в своей гипотезе уверены. Они утверждают, что превращение углеродной сажи в графит, а затем в алмаз очень вероятно на газовых гигантах Сатурне и Юпитере. Но это еще не все реакции. Алмазные частички продолжают нагреваться, приближаясь к ядру планеты. И таким образом, расплавляются настолько, что превращаются в жидкие алмазные капли.
Стоит отметить, что не все планетологи согласны с такой теорией. Некоторые из них открыто продолжают критиковать Бейтса и Делитски, утверждая, что ученые ошиблись в своих расчетах. И относятся к их гипотезе весьма скептически.
Дожди из алмазов на Юпитере и Сатурне действительно идут
Ученым из США удалось выяснить, что дожди из алмазов на Юпитере и Сатурне действительно идут. Судя по атмосферным данным газовых гигантов, американские специалисты говорят о высоком содержании углеродов с кристаллическими формами.
Алмазные дожди оказываются в конечном счете в жидком море раскаленных ядер планет, следует из последних материалов иностранных исследователей. Ученые предполагают, что на Сатурне появляется не менее тысячи алмазов в течение года. Диаметр самого большого камня достигает при этом одного сантиметра.
Дождь из алмазов на Юпитере и Сатурне прокомментировал профессор
По словам доктора Кевина Бейнса, представляющего Университет Висконсина, наблюдения за таким явлением как алмазный дождь невозможны, однако, все сводится в данном случае к химии, которая, как известно «не ошибается никогда».
Профессор Бейнс был первым ученым, предположившим, что в атмосферах Юпитера и Сатурна существуют глубины, позволяющие углеродам становиться драгоценными алмазами. Впоследствии озвученную им гипотезу поддержали астрофизики из разных стран мира.
Дожди из алмазов идут на Нептуне и Уране
В июле 2020 года ученые доказали, что дожди из алмазов идут периодически на Нептуне и Уране. Подтвердить эту теорию удалось по итогам очередного масштабного исследования.
Как Уран, так и Нептун, считаются так называемыми ледяными гигантами, однако, вещество, из которого состоит каждая из двух планет, находится на самом деле в жидко-газообразном состоянии, и температура его составляет несколько тысяч градусов.
Более легкому водороду свойственно в итоге подниматься в атмосферу, тогда как углерод приобретает форму кристаллов алмаза. Это происходит на фоне воздействия окружающей среды, и он начинает неспешно опускаться ближе к каменно-ледяному ядру.
Почему гигантские ураганы на Юпитере продолжаются так долго
Космический аппарат NASA Juno, который вышел на полярную орбиту вокруг Юпитера в 2016 году, зафиксировал на газовой планете гигантские штормы. Они образуют вокруг полюсов небесного тела примечательные геометрические узоры. На северном полюсе планеты вокруг центрального циклона находятся восемь штормов, на южном полюсе наблюдается шесть гигантских завихрений.
До сих пор исследователи не понимали, как эти кластеры так долго могут оставаться стабильными. По словам Ли, циклоны на Земле распространяются над сушей и холодной водой. Но на Юпитере нет ни суши, ни океанов. Это делает неизбежным вопрос, почему бури не встречаются и не «сливаются» на полюсах, как, например, на Сатурне, где на полюс приходится лишь один ураган.
Чтобы ответить на этот вопрос, Ли и его команда разработали компьютерную модель и использовали информацию зонда Juno о размерах и скорости штормов. По мнению исследователей, ответственными за столь необычную устойчивость штормов являются антициклонические водовороты вокруг каждого отдельного циклона. Это «ветровые кольца», которые вращаются в направлении, противоположном большим циклонам, и именно они удерживают их на расстоянии друг от друга.
Формирование циклонов
Как на самом деле возникли эти ураганы, это предмет будущих исследований. Предполагалось, что они возникли недалеко от полюсов, где они и находятся в настоящее время. Однако, по словам Ли, более вероятно, что они все же образовались в другом месте и лишь позднее двинулись к полюсам.
