Гигантские молнии Юпитера: почему штормы газового гиганта в сотни раз мощнее земных

Юпитер, крупнейшая планета Солнечной системы, известен своими масштабными и долгоживущими штормами, некоторые из которых бушуют веками. Новое исследование, проведенное учеными из Калифорнийского университета в Беркли, показало, что эти штормы способны порождать молнии, сила которых в 100 раз превышает показатели земных разрядов. Эти выводы основаны на данных, полученных автоматической межпланетной станцией НАСА «Юнона» (Juno), которая исследует Юпитер с 2016 года.

«На Юпитере всё принимает экстремальные формы. Здесь бушуют полярные циклоны размером больше Австралии, дуют мощные струйные течения, находятся самые активные вулканы и интенсивные радиационные пояса в нашей системе», — отметил Скотт Болтон, ведущий исследователь миссии «Юнона» из Юго-западного исследовательского института (SwRI). По его словам, по мере того как зонд изучает новые регионы планеты, ученые получают всё более детальное представление о колоссальной энергии этого газового гиганта.

Как штормы на Юпитере помогают понять климат Земли

Изучение атмосферных явлений на других планетах позволяет исследователям лучше разобраться в климатических процессах на Земле. Майкл Вонг, планетолог из Лаборатории космических наук Калифорнийского университета в Беркли и ведущий автор исследования, опубликованного в журнале AGU Advances, подчеркнул, что даже о земных молниях науке известно далеко не всё.

На Юпитере молнии служат важным индикатором конвекции — процесса переноса тепла через атмосферу. Однако этот механизм работает иначе, чем на нашей планете. Атмосфера Юпитера состоит преимущественно из водорода, из-за чего влажный воздух становится тяжелее окружающих слоев и поднимается с трудом. В то время как на Земле азотная атмосфера тяжелее водяного пара, что облегчает подъем влажного воздуха.

В результате на Юпитере для возникновения шторма требуется гораздо больше энергии. Когда эта энергия наконец высвобождается, она порождает невероятно мощные ветры и интенсивные электрические разряды на больших высотах.

Наблюдения зонда «Юнона» и телескопа «Хаббл»

17 августа 2022 года зонд «Юнона» зафиксировал серию радиоимпульсов от молний во время пролета над атмосферой планеты. Данные с космического телескопа «Хаббл» помогли идентифицировать их источник — изолированный «скрытый супершторм».

Долгое время считалось, что молнии на Юпитере исключительно мощные, так как предыдущие миссии могли зафиксировать только самые яркие вспышки на ночной стороне планеты. Однако сверхчувствительные камеры «Юноны» обнаружили и более слабые разряды, сопоставимые с земными. Тем не менее, плотные облака могут скрывать часть света, искажая реальную картину мощности.

Более надежные данные предоставляет микроволновый радиометр зонда, сигналы которого способны проникать сквозь плотную облачность. Хотя прибор не создавался специально для изучения молний, он эффективно фиксирует микроволновое излучение от электрических разрядов в штормовых зонах.

Скрытые суперштормы и колоссальная энергия

В период 2021–2022 годов активность в северном экваториальном поясе Юпитера временно снизилась, что позволило ученым детально изучить отдельные штормы. Эти явления, получившие название «скрытые суперштормы», могут длиться месяцами и серьезно изменять окружающие облачные структуры, подобно суперштормам большего масштаба.

Во время сближений зонд «Юнона» зафиксировал в одном из таких штормов 206 отдельных импульсов. Майкл Вонг подсчитал, что интенсивность этих разрядов варьируется от уровня земных молний до значений, превышающих их в 100 и более раз.

Ивана Колмашова, соавтор работы из Карлова университета в Праге, добавила, что расчет полной энергии молнии — процесс сложный, так как разряд выделяет энергию в виде радиоволн, света, тепла и звука. Для сравнения: если обычная молния на Земле высвобождает около 1 гигаджоуля (этого достаточно для обеспечения энергией 200 домов в течение часа), то молнии на Юпитере могут выделять в 500, а порой и в 10 000 раз больше энергии.