Большое Красное Пятно — это область постоянного высокого давления в атмосфере Юпитера , вызывающая антициклонический шторм , который является крупнейшим в Солнечной системе . Это самая узнаваемая особенность Юпитера благодаря ее красно-оранжевому цвету, происхождение которого до сих пор неизвестно. Расположенный в 22 градусах к югу от экватора Юпитера , он обеспечивает скорость ветра до 432 км/ч (268 миль в час). Считается, что наблюдения с 1665 по 1713 год относятся к одному и тому же шторму; если это верно, то он существует как минимум 359 лет. [1] В следующий раз его наблюдали в сентябре 1831 года, с тех пор до 1878 года, когда начались непрерывные наблюдения, было зарегистрировано 60 наблюдений. [2] [3]
Большое Красное Пятно, возможно, существовало до 1665 года, но возможно, что нынешнее пятно впервые было замечено только в 1830 году и было хорошо изучено только после заметного появления в 1879 году. Буря, наблюдавшаяся в 17 веке, могла быть другой. от бури, которая существует сегодня. [4] Длинный разрыв отделяет период его текущих исследований после 1830 года от его открытия в 17 веке. Неизвестно, рассеялось ли первоначальное пятно и преобразовалось, поблекло ли оно, или данные наблюдений были просто плохими. [5]
Первое наблюдение Большого Красного Пятна часто приписывают Роберту Гуку , который описал это место на планете в мае 1664 года. Однако вполне вероятно, что пятно Гука находилось не только в другом поясе (Северный Экваториальный пояс, в отличие от нынешнее местоположение Большого Красного Пятна в Южном Экваториальном поясе ), но также и то, что оно находилось в тени транзитной луны, скорее всего, Каллисто . [6] Гораздо более убедительным является описание «постоянного пятна», сделанное Джованни Кассини в следующем году. [7] Из-за колебаний видимости пятно Кассини наблюдалось с 1665 по 1713 год, но 118-летний перерыв в наблюдениях делает идентичность этих двух пятен неубедительной. Более короткая история наблюдений и более медленное движение старого пятна, чем у современного, затрудняют вывод о том, что они одинаковы. [8]
Небольшая загадка касается пятна Юпитера, изображенного на полотне Донато Крети 1711 года , которое выставлено в Ватикане . [9] [10] Картина Крети, являющаяся частью серии панелей, на которых различные (увеличенные) небесные тела служат фоном для различных итальянских сцен, и точность которых контролируется астрономом Эстахио Манфреди , является первым известным изображением Великого Красного. Пятно красного цвета (хотя и поднято к северному полушарию Юпитера из-за оптической инверсии, присущей телескопам той эпохи). Ни одна особенность Юпитера не была явно описана в письменной форме как красная до конца 19 века. [10]
Большое Красное Пятно наблюдается с 5 сентября 1831 года. К 1879 году было зарегистрировано более 60 наблюдений. [2] С тех пор, как он приобрел известность в 1879 году, он находился под постоянным наблюдением.
25 февраля 1979 года [11] , когда космический корабль «Вояджер-1» находился на расстоянии 9 200 000 км (5 700 000 миль) от Юпитера, он передал первое детальное изображение Большого Красного Пятна. Были видны детали облаков размером всего 160 км (100 миль) в поперечнике. Красочный волнистый узор облаков, видимый слева (западнее) от Красного Пятна, представляет собой область чрезвычайно сложного и переменного волнового движения.
В 21 веке было замечено уменьшение большого диаметра Большого Красного Пятна. В начале 2004 года его длина была примерно вдвое меньше, чем столетием ранее, когда он достиг размера 40 000 км (25 000 миль), что примерно в три раза превышало диаметр Земли. При нынешних темпах сокращения к 2040 году оно станет круговым. Неизвестно, как долго продлится это пятно и является ли изменение результатом обычных колебаний. [12] В 2019 году Большое Красное Пятно начало «отслаиваться» по краям, фрагменты шторма отрывались и рассеивались. [13] Сокращение и «отслаивание» породили предположения некоторых астрономов о том, что Большое Красное Пятно может исчезнуть в течение 20 лет. [14] Однако другие астрономы полагают, что видимый размер Большого Красного Пятна отражает его облачный покров, а не размер фактического, лежащего под ним вихря, и они также считают, что явления шелушения можно объяснить взаимодействием с другими циклонами или антициклонами. , включая неполное поглощение более мелких систем; если это так, то это будет означать, что Большому Красному Пятну не грозит опасность исчезновения. [15]
Пятно меньшего размера, обозначенное Овал ВА , образовавшееся в марте 2000 г. в результате слияния трех белых овалов [16] , приобрело красноватый цвет. Астрономы назвали его Маленьким Красным Пятном или Красным Младшим. По состоянию на 5 июня 2006 года Большое Красное Пятно и Овал BA, казалось, приближались к сближению. [17] Ураганы сменяют друг друга примерно каждые два года, но прохождение 2002 и 2004 годов не имело большого значения. Эми Саймон-Миллер из Центра космических полетов Годдарда предсказала, что штормы пройдут ближе всего к 4 июля 2006 года. С апреля 2006 года она работала с Имке де Патер и Филом Маркусом из Калифорнийского университета в Беркли , а также с командой профессиональных астрономов, чтобы изучать штормы с помощью космического телескопа «Хаббл» ; 20 июля 2006 года обсерватория «Джемини» сфотографировала два шторма, проходящих мимо друг друга и не сближающихся. [18] В мае 2008 года третий шторм стал красным. [19]
Космический корабль «Юнона» , вышедший на полярную орбиту вокруг Юпитера в 2016 году, пролетел над Большим Красным Пятном при близком сближении с Юпитером 11 июля 2017 года, сделав несколько изображений шторма с расстояния около 8000 км (5000 миль) над поверхностью Земли. поверхность. [20] [21] Во время миссии «Юнона» космический корабль продолжал изучать состав и эволюцию атмосферы Юпитера, особенно его Большого Красного Пятна. [20]
Большое Красное Пятно не следует путать с Большим Темным Пятном, объектом, наблюдавшимся вблизи северного полюса Юпитера в 2000 году с помощью космического корабля Кассини-Гюйгенс . [22] В атмосфере Нептуна также есть особенность, называемая Большим Темным Пятном . Последняя особенность была получена «Вояджером-2» в 1989 году и, возможно, представляла собой дыру в атмосфере, а не шторм. По состоянию на 1994 год его уже не было, хотя подобное пятно появилось севернее.
Большое красное пятно Юпитера вращается против часовой стрелки с периодом около 4,5 земных дней, [23] или 11 юпитерианских дней по состоянию на 2008 год. Ширина Большого красного пятна по состоянию на 3 апреля 2017 года составляла 16 350 км (10 160 миль) в 1,3 раза. диаметр Земли. [20] Вершины облаков этого шторма находятся примерно на 8 км (5 миль) над верхушками окружающих облаков. [24] Шторм продолжал существовать на протяжении веков, потому что на планете нет поверхности (только мантия из водорода ), которая могла бы обеспечить трение; циркулирующие газовые вихри очень долго сохраняются в атмосфере, поскольку нет ничего, что могло бы противодействовать их угловому моменту. [25]
Инфракрасные данные уже давно указывают на то, что Большое Красное Пятно холоднее (и, следовательно, выше по высоте), чем большинство других облаков на планете. [26] Однако верхняя атмосфера над ураганом имеет значительно более высокие температуры, чем остальная часть планеты. Акустические (звуковые) волны , поднимающиеся из-за турбулентности грозы внизу, были предложены в качестве объяснения нагрева этой области. [27] Акустические волны распространяются вертикально на высоту 800 км (500 миль) над ураганом, где они разбиваются в верхних слоях атмосферы, преобразуя энергию волн в тепло. Это создает область верхних слоев атмосферы с температурой 1600 К (1330 °C; 2420 °F) — на несколько сотен кельвинов теплее, чем остальная часть планеты на этой высоте. [27] Эффект описывается как «разбивание [...] океанских волн на пляж». [28]
Тщательное отслеживание особенностей атмосферы выявило циркуляцию Большого Красного Пятна против часовой стрелки еще в 1966 году, что драматически подтвердилось первыми покадровыми видеороликами, снятыми с пролетов "Вояджера" . [29] Это место ограничено скромным струйным течением, направленным на восток к югу, и очень сильным струйным течением, направленным на запад, к северу. [30] Хотя ветры вокруг края пятна достигают максимальной скорости около 432 км/ч (268 миль в час), течения внутри него кажутся застойными, с небольшим притоком или оттоком. [31] Период вращения пятна со временем уменьшался, возможно, в результате его постоянного уменьшения в размерах. [32]
Широта Большого Красного Пятна оставалась стабильной на протяжении всего периода хороших наблюдений, обычно меняясь примерно на градус. Однако его долгота подвержена постоянным изменениям, включая 90-дневные продольные колебания с амплитудой ~1°. [33] [34] Поскольку Юпитер не вращается равномерно на всех широтах, астрономы определили три различные системы для определения долготы. Система II используется для широт более 10 градусов и первоначально основывалась на среднем периоде вращения Большого Красного Пятна, равном 9 часов 55 минут 42 секунды. [35] Однако, несмотря на это, с начала 19 века это пятно «пересекло» планету в Системе II как минимум 10 раз. Скорость его дрейфа с годами резко изменилась и связана с яркостью южного экваториального пояса и наличием или отсутствием южнотропического возмущения. [36]
Большое красное пятно Юпитера (GRS) — это антициклон эллиптической формы, расположенный на 22 градуса ниже экватора в южном полушарии Юпитера. [37] Крупнейший антициклонический шторм (~16 000 км) в нашей Солнечной системе, о его внутренней глубине и структуре мало что известно. [38] Видимые изображения и отслеживание облаков на основе наблюдений на месте определили скорость и завихренность GRS, которая расположена в тонком антициклоническом кольце на 70–85% радиуса и расположена вдоль самого быстрого реактивного потока Юпитера, движущегося на запад. [39] Во время миссии НАСА «Юнона» в 2016 году были получены гравитационные и тепловые инфракрасные данные [39] [40] , которые позволили лучше понять структурную динамику и глубину GRS. [38] [39] В июле 2017 года космический корабль «Юнона» провел второй проход GRS, чтобы собрать сканы GRS с помощью микроволнового радиометра (MWR), чтобы определить, насколько далеко GRS простирается до поверхности конденсированного слоя H 2 O. [38] Эти сканы MWR показали, что вертикальная глубина GRS простирается примерно на 240 км ниже уровня облаков с предполагаемым падением атмосферного давления до 100 бар. [38] [39] Двумя методами анализа, которые ограничивают собранные данные, были масконский подход, который обнаружил глубину ~ 290 км, и слепианский подход, показывающий, что ветер простирается до ~ 310 км. [38] Эти методы, наряду с данными гравитационных сигнатур MWR, предполагают, что зональные ветры GRS все еще увеличиваются со скоростью 50% от скорости жизнеспособного уровня облаков, прежде чем начнется затухание ветра на более низких уровнях. Эта скорость затухания ветра и данные гравитации позволяют предположить, что глубина GRS составляет от 200 до 500 км. [38]
Тепловое инфракрасное изображение и спектроскопия GRS Галилеем и Кассини проводились в 1995–2008 годах, чтобы найти доказательства тепловых неоднородностей внутри вихря внутренней структуры GRS. [39] Предыдущие тепловые инфракрасные температурные карты миссий «Вояджер» , «Галилео» и «Кассини» показали, что GRS представляет собой структуру антициклонического вихря с холодным ядром внутри восходящего более теплого кольца; эти данные показывают градиент температуры GRS. [37] [39] Лучшее понимание температуры атмосферы Юпитера, непрозрачности аэрозольных частиц и состава газообразного аммиака было обеспечено с помощью теплового ИК-изображения: прямая корреляция реакций видимых слоев облаков, температурного градиента и картографирования состава с данными наблюдений была собрана в течение десятилетия. [37] [39] В декабре 2000 года изображения с высоким пространственным разрешением, полученные с помощью Галилея, атмосферной турбулентной области к северо-западу от GRS, показали тепловой контраст между самой теплой областью антициклона и регионами к востоку и западу от GRS. . [39] [41]
Вертикальная температура структуры GRS ограничена диапазоном 100–600 мбар, при этом вертикальная температура ядра GRS составляет примерно 400 мбар давления [ необходимы разъяснения ] , что составляет 1,0–1,5 К, что намного теплее, чем в регионах GRS. GRS с востока на запад и на 3,0–3,5 К теплее, чем районы с севера на юг от края структур. [39] Эта структура согласуется с данными, полученными с помощью изображения VISIR (VLT Mid-Infrared Imager Spectrometer на Очень Большом Телескопе ESO), полученного в 2006 году; это показало, что GRS физически присутствовало в широком диапазоне высот, которые находятся в диапазоне атмосферного давления 80–600 мбар, и подтверждает результат теплового инфракрасного картирования. [39] [40] [42] Для разработки модели внутренней структуры GRS с помощью композитного инфракрасного спектрометра (CIRS) миссии Кассини и наземных пространственных изображений был нанесен на карту состав аэрозолей фосфина и аммиака (PH 3 , NH 3 ). и парагидроксибензойная кислота в антициклонической циркуляции GRS. [39] [43] Изображения, полученные с помощью CIRS и наземных изображений, отслеживают вертикальное движение в атмосфере Юпитера по спектрам PH 3 и NH 3 . [37] [39]
Наибольшие концентрации PH 3 и NH 3 обнаружены севернее периферического вращения GRS. Они помогли определить движение струи на юг и показали свидетельства увеличения высоты столба аэрозолей с давлением в диапазоне 200–500 мбар. [39] [44] Однако данные о составе NH 3 показывают, что существует значительное истощение NH 3 ниже видимого слоя облаков на южном периферийном кольце GRS; эта более низкая непрозрачность соответствует узкой полосе опускания атмосферы. [39] Низкая непрозрачность аэрозоля в среднем ИК-диапазоне, а также температурные градиенты, перепад высот и вертикальное движение зональных ветров связаны с развитием и устойчивостью завихренности. [39] Более сильное опускание атмосферы и асимметрия состава GRS позволяют предположить, что структура имеет определенный наклон от северного края к южному краю структуры. [39] [45] Глубина и внутренняя структура GRS постоянно менялись на протяжении десятилетий; [38] однако до сих пор нет логической причины, по которой его глубина составляет 200–500 км, но струйные течения, которые создают силу, приводящую в движение вихрь GRS, находятся значительно ниже основания структуры. [38] [39]
Неизвестно, что является причиной красноватого цвета Большого Красного Пятна. Гипотезы, подтвержденные лабораторными экспериментами, предполагают, что это может быть вызвано химическими продуктами, образующимися в результате солнечного ультрафиолетового облучения гидросульфида аммония [46] и органического соединения ацетилена , которое производит красноватый материал — вероятно, сложные органические соединения, называемые толинами . [47] Большая высота над уровнем моря также может способствовать окраске. [48]
Большое красное пятно сильно различается по оттенку: от почти кирпично-красного до бледно-лососевого или даже белого. Пятно время от времени исчезает, становясь заметным только через впадину Красного пятна, которая находится в Южном экваториальном поясе (ЮВП). Его видимость, очевидно, связана с SEB; когда пояс ярко-белый, пятно имеет тенденцию быть темным, а когда он темный, пятно обычно светлое. Эти периоды, когда пятно темное или светлое, происходят через нерегулярные промежутки времени; с 1947 по 1997 гг. наиболее темным пятно было в периоды 1961–1966, 1968–1975, 1989–1990 и 1992–1993 гг. [5]
Годдарда
Марк Леффлер и Реджи Хадсон проводят лабораторные исследования, чтобы выяснить, могут ли космические лучи, один из типов излучения, попадающего в облака Юпитера, химически изменять гидросульфид аммония с образованием новых соединений, которые могли бы объяснить цвет пятна.