Молния Юпитера поразительно похожа на земную

Новое исследование показало, что молнии потрескивают и развиваются на Юпитере так же, как и на Земле. Юпитерианские молнии, которые происходят так же часто, как и на Земле, были впервые обнаружены космическим кораблем НАСА «Вояджер-1» более 40 лет назад. В то время много путешествовавший зонд улавливал слабые радиосигналы продолжительностью в несколько секунд — так называемые свистки — которые ожидаются от ударов молнии.

В то время эти разряды электричества подтверждали, что Юпитер является единственной другой планетой, кроме Земли, которая, как известно, выставляет напоказ удары молнии. Однако их эволюция в газовом мире десятилетиями озадачивала ученых. Теперь команда, изучающая данные за пять лет с космического корабля НАСА «Юнона», который вращается вокруг Юпитера с 2016 года, обнаружила, что юпитерианская молния происходит так же «ступенчато», как и на Земле.

Новые наблюдения показывают, что, несмотря на то, что две планеты являются полярными противоположностями по своим размерам и структуре — наша каменистая планета намного меньше Юпитера и имеет твердую поверхность, которой нет у газового гиганта — на обеих происходят одинаковые электрические бури.

На Земле молния возникает внутри турбулентных облаков, восходящие ветры которых поднимают капли воды и превращают их в лед, а нисходящие ветры толкают эти холодные капли обратно к нижней части облаков.

Там, где падающий лед встречается с поднимающимися каплями воды, электроны отрываются от первого, в результате чего образуется облако, основание которого заряжено отрицательно, а вершина положительно заряжено, разделенные изолирующим воздухом. Когда эти заряды накапливаются, хорошо известная молния ударяет в облако или иногда из основания облака в землю.

Предыдущие исследования показали, что тот же процесс разворачивается в атмосфере Юпитера. Хотя удары молнии на Земле издалека выглядят как длинные гладкие разряды, исследователи знают, что каждая электрическая искра на самом деле состоит из отдельных шагов. Каждый шаг испускает изолированные радиоизлучения, обнаружение которых часто является единственным способом понять, что происходит внутри грозовых облаков.

«Неясно, происходит ли такой ступенчатый процесс в облаках Юпитера», — сказала Ивана Колмашова, старший научный сотрудник Института физики атмосферы Чешской академии наук в Праге и ведущий автор нового исследования.

Это связано с тем, что предыдущие космические аппараты, изучавшие молнию на Юпитере — «Вояджер-1» и «Вояджер-2», «Галилео» и «Кассини» — не имели инструментов, достаточно чувствительных для регистрации радиосигналов в мельчайших деталях.

Однако прибор Waves на борту Juno собрал в 10 раз больше радиоизлучения, чем его предшественники. Это было сделано путем сбора сигналов молнии, разделенных всего одной миллисекундой, что выявило ступенчатое поведение, при котором воздух в облаках Юпитера заряжается и образует молнии — так же, как это происходит на Земле.

«Самой сложной, а также самой трудоемкой частью работы был поиск сигналов молнии в записях прибора «Волны», — сказала Колмашова. На Юпитере один такой шаг молнии может иметь длину от нескольких сотен до нескольких тысяч метров, хотя это трудно подтвердить существующими данными Юноны, пишет Колмашова и ее команда в новом исследовании.

Хотя новые открытия проливают больше света на ранние молниеносные процессы на Юпитере, многое еще предстоит выяснить. Например, несмотря на то, что молнии на Земле и Юпитере бьют одинаково, места, где происходят эти явления, сильно различаются в обоих мирах.

На газовом гиганте большая часть гроз обнаружена в средних широтах и выше, а также в полярных регионах. Их нет на экваторе огромной планеты, который противоположен грозам на родине, где в регионах, близких к экватору, происходит наибольшее количество ударов молнии.

«У нас почти нет молний вблизи полюсов на Земле», — сказала Колмашова. «Это означает, что условия для формирования юпитерианских и земных грозовых облаков, вероятно, очень разные». Молнии на Юпитере также распределены неравномерно: в его северном полушарии происходит больше ударов, чем в его южной половине.

Однако причина этого пока не ясна. «Мы также не знаем, почему до сих пор не видели ни одной молнии, исходящей из [Большого] Красного Пятна», — добавила она.