Нове дослідження атмосфери Юпітера показує, як поєднання хімічного та фізичного моделювання дозволяє зазирнути в глибокі шари газового гіганта й уточнити його елементарний склад.
Юпітер вкритий щільними хмарами, що складаються з води, аміаку та інших сполук, які формують багатошарову «атмосферну оболонку» — систему газів, що змінюються з висотою та температурою. Ці хмари настільки непрозорі, що жоден космічний апарат не зміг безпосередньо дослідити глибші рівні, а зонд Galileo втратив зв’язок під час занурення, тоді як місія Juno збирає дані лише з орбіти, уникаючи екстремальних умов у надрах планети.
Команда вчених з Чиказького університету та Лабораторії реактивного руху NASA створила найдетальнішу на сьогодні модель, що поєднує «атмосферну хімію» — сукупність реакцій між газами — та «гідродинаміку» — опис руху рідин і газів у полі тиску та температури. Такий підхід дозволив одночасно врахувати поведінку молекул, крапель і хмар, що раніше розглядалися окремо. «Потрібні обидва компоненти, бо жоден із них сам по собі не дає повної картини», пояснив перший автор дослідження Чжіхюн Ян.
Одним із ключових результатів став новий розрахунок вмісту кисню: за моделлю, Юпітер містить приблизно в півтора рази більше цього елемента, ніж Сонце. Такий показник має важливе значення для «планетології» — науки про формування й еволюцію планет, адже співвідношення елементів є своєрідним хімічним підписом умов народження планети. Значна частина кисню на Юпітері пов’язана з водою, а її фазовий стан залежить від температури, що, своєю чергою, дає підказки про те, де саме планета могла сформуватися в ранній Сонячній системі.
Модель також змінила уявлення про внутрішню циркуляцію атмосфери. Вона показує, що «дифузія» — повільне перемішування газів між шарами — відбувається у 35–40 разів повільніше, ніж вважалося раніше, а переміщення молекул між рівнями займає тижні, а не години. «Це демонструє, наскільки обмеженим залишається наше розуміння навіть найбільшої планети нашої системи», зазначив Ян.
У ширшому контексті ці результати важливі не лише для Юпітера. Вони допомагають уточнити загальні моделі формування планет і можуть бути застосовані до досліджень екзопланет, де аналіз атмосфери часто є єдиним доступним джерелом інформації про їхню природу та потенційну придатність для життя.