Как астрономы измерили скорость ветра на Юпитере с помощью спектрографа ESPRESSO

Мы живем в удивительное время. Открытие экзопланет стало почти рутиной — их уже более пяти тысяч. Многие из них — газовые гиганты, вроде нашего Юпитера, но часто куда более экстремальные. Мы уже начали изучать их атмосферы, но парадокс в том, что о воздушных потоках на самом крупном соседе мы знаем еще не всё. Чтобы разгадать его бури, нужны долгие и кропотливые наблюдения.

И вот случилось: инструмент, заточенный под экзопланеты, прицелился в цель всего в 43 световых минутах от нас. Команда исследователей из Института астрофизики и космических наук в Лиссабоне использовала ESPRESSO на Очень Большом Телескопе в Чили, чтобы буквально «потрогать» ветра Юпитера.

Метод, который они применили, называется доплеровской велосиметрией. Звучит сложно, но суть проста: они ловили солнечный свет, отраженный от юпитерианских облаков. Длина волны этого света чуть-чуть меняется в зависимости от того, как быстро облака движутся относительно Земли (знакомый всем эффект Доплера). Это крошечное смещение и позволило вычислить мгновенную скорость ветра в конкретной точке.

Любопытно, что эту методику команда разработала для изучения... атмосферы Венеры. Теперь же они применили свой ноу-хау к Юпитеру. Инструмент, в теории способный изучать миры у других звезд, прошел обкатку на нашем гиганте. Что ж, идем от близкого к далекому.

Охота за скоростью

В июле 2019 года в течение пяти часов телескоп VLT неотрывно следил за экваториальной зоной Юпитера — там, где парят высокие светлые облака. Затем взгляд сместили на темные северный и южный экваториальные пояса. Это области, где более теплые и глубокие облака опускаются вниз, формируя знаменитые полосы.

«Видимая нам атмосфера Юпитера — это слоеный пирог из аммиака, гидросульфида аммония и воды, — объясняет соавтор работы Педро Мачадо. — Самые верхние облака — из аммиачного льда. А вот плотные водяные облака внизу — они-то и задают тон всей динамике, двигая этими гигантскими бурями».

Итог измерений впечатляет: ESPRESSO зафиксировал скорости ветров от 60 до 428 км/ч. Погрешность составила менее 36 км/ч, что для таких дистанций — фантастическая точность.

«Сложность в том, что мы измеряли ветра с точностью до метров в секунду, в то время как сам Юпитер на экваторе вращается со скоростью около 10 километров в секунду! — добавляет Мачадо. — И вращается он не как твердое тело, а с разной скоростью на разных широтах». Представьте, как сложно выделить именно движение облаков на фоне этого общего бешеного вращения. Но они смогли.

Это только начало. Мониторинг будет продолжаться, чтобы собрать данные о том, как ветра меняются со временем. Это позволит построить точную модель глобальной циркуляции атмосферы Юпитера — своего рода «погодную карту» планетарного масштаба.

Ученые надеются, что такая модель поможет, наконец, понять природу тех ураганов и штормов, которые мы наблюдаем веками. А отработанная технология откроет дорогу к другим гигантам. Следующая цель, конечно же, Сатурн. Кто знает, какие бури скрывают его кольца?