Ученые из Университета Страны Басков (UPV / EHU), Политехнического университета Каталонии BarcelonaTech (UPC) и Суперкомпьютерного центра Барселоны (CNS-BSC) провели исследование Большого Красного Пятна Юпитера. Исследователи проанализировали исторические наблюдения с 17 века и создали модели, объясняющие длительность и природу этого атмосферного образования.
Большое Красное Пятно Юпитера — одна из самых известных атмосферных структур Солнечной системы. Его размеры (в настоящее время диаметр GRS равен диаметру Земли) и красноватый цвет выделяются на фоне бледных облаков планеты, делая его хорошо различимым даже в небольшие телескопы.
Гигантский антициклонический вихрь ГРС имеет периферию с ветрами до 450 км/ч в секунду. Это крупнейший и старейший вихрь в атмосферах планет Солнечной системы, но возраст его до сих пор обсуждается, а механизм его формирования не полностью понят.
Спекуляции о происхождении GRS возникли с первых телескопических наблюдений Джованни Доменико Кассини в 1665 году. Астроном обнаружил тёмный овальный объект на той же широте, что и современное GRS, назвав его «Постоянным пятном» (PS). Это образование было видно Кассини и другим астрономам до 1713 года.
Астрономы утратили связь с PS на 118 лет, пока в 1831 году и далее Швабе не зафиксировал чёткую овальную структуру, совпадающую по широте с GRS. Это можно интерпретировать как первое наблюдение современного Большого Красного Пятна, возможно, на этапе его формирования. С тех пор GRS постоянно изучают с помощью наземных телескопов и миссий, направленных к Юпитеру.
В ходе исследования авторы проанализировали изменения размеров, структуры и движений как Постоянного пятна, замеченного Кассини, так и современного Большого Красного Пятна. Для этого использовали исторические сведения, относящиеся к середине 17 века, появившиеся сразу же после изобретения телескопа.
Измерения размеров и характеристик движения однозначно указывают на то, что нынешнее Большое Красное Пятно не является тем же Постоянным пятном, которое наблюдал Кассини. Вероятно, Постоянное пятно исчезло где-то между серединой 18 века и началом 19 века, а современное Красное Пятно существует уже как минимум 190 лет.
Интересно, что размер Красного Пятна, равнявшийся в 1879 году около 39 000 километрам по длинной оси, со временем уменьшился примерно до 14 000 километров и приобрело более округлую форму.
С 1970-х годов уникальное метеорологическое явление на Юпитере исследовалось в ряде космических миссий.
Недавно инструменты космической миссии «Юнона», находящейся на орбите Юпитера, показали, что Большое Красное Пятно – относительно неглубокое и тонкое образование по сравнению с его горизонтальными размерами. Его вертикальная протяжённость около 500 километров, как пояснил Агустин Санчес-Лавега.
Чтобы выяснить, как возник этот огромный атмосферный вихрь, исследовательские группы из UPV / EHU и UPC провели численное моделирование на суперкомпьютерах, например MareNostrum IV в Суперкомпьютерном центре Барселоны (BSC), входящем в Испанскую суперкомпьютерную сеть (RES). Учёные применили два типа моделей для изучения поведения мелких вихрей в атмосфере Юпитера.
Ветровые течения этой планеты движутся по параллелям, меняя направление в зависимости от широты. Севернее Большого Красного Пятна ветер дует на запад со скоростью 180 км/ч, а южнее — на восток со скоростью 150 км/ч. Такое различие скорости ветра с севера на юг способствует росту вихря.
Исследование проанализировало механизмы образования Большого Красного Пятна: гигантскую супербурю, подобную тем, что возникают на Сатурне, или слияние мелких вихрей под воздействием ветра. Результаты показывают, что оба сценария формируют антициклонический вихрь, но его форма и динамика будут отличаться от настоящего Большого Красного Пятна.
Также полагаем, что при возникновении одного из этих необычных явлений астрономы того периода непременно зафиксировали бы его или его следствие в атмосфере, — отметил Санчес-Лавега.
В третьей серии численных экспериментов группа исследователей изучила возможность формирования Большого Красного Пятна из-за известной нестабильности ветров, которая якобы способна создавать вытянутую область, окружение и удержание этих ветров. Такая область могла бы являться зарождающимся Красным Пятном, последующее сжатие которого привело бы к появлению компактного и быстро вращающегося Большого Красного Пятна, наблюдаемого в конце 19 века. Образование крупных вытянутых областей уже наблюдалось при возникновении других мощных вихрей на Юпитере.
По расчётам учёных на суперкомпьютерах вытянутые ячейки сохранят стабильность при вращении вокруг периферии Большого Красного Пятна с той же скоростью, что и ветры на Юпитере, как и предсказывалось из-за возникновения их из-за нестабильности.
Две модели численного исследования показали: если вращение Красного Пятна медленнее ветров вокруг него, оно разрушится, и устойчивый вихрь не сможет сформироваться. Если же скорость вращения слишком велика, свойства Пятна будут отличаться от характеристик Большого Красного Пятна, наблюдаемых сегодня.
Будущие исследования будут посвящены воспроизведению сокращения размеров Большого Красного Пятна со временем для более детального изучения физических механизмов его долговечности. Учёные также попытаются предсказать, распадётся ли оно и исчезнет при достижении предельных размеров, подобно Постоянному пятну, наблюдаемому Кассини, или же стабилизируется на каком-то уровне размера и продолжит существовать ещё многие годы.