Южный полюс Юпитера

Этот причудливый узор вокруг южного полюса Юпитера мы видим благодаря космическому аппарату «Юнона» (Juno). Он уже несколько лет работает на орбите вокруг Юпитера и обеспечивает нас прекрасными снимками и важной научной информацией. Удивительной красоты и глубины синий цвет — результат специальной обработки снимков «Юноны». В реальности же полюс Юпитера хоть и отдает синевой, но выглядит не так эффектно (кстати, NASA предоставляет исходные снимки в открытый доступ и предлагает всем желающим поучаствовать в их обработке).

Сразу возникает вопрос: почему приполярные области хорошо видны со всех сторон от полюса? Ведь ось вращения Юпитера почти перпендикулярна его орбитальной плоскости (отклонение составляет около 3 градусов), поэтому терминатор всегда проходит почти точно через полюса и на любом снимке полюса половина поверхности планеты будет скрыта во мраке ночи. Ответ прост: это изображение составлено из нескольких отдельных снимков, сделанных на трех последовательных витках вокруг планеты с одного и того же расстояния — 52 000 км от верхнего слоя облачного покрова Юпитера (для сравнения, полярный радиус планеты равен примерно 66 900 км).

Разумеется, Юпитер изучают уже давно — и с Земли, и при помощи космических аппаратов. Однако его приполярные регионы долго оставались неизученными. Дело в том, что орбиты всех планет Солнечной системы лежат практически в одной плоскости (о том, почему так получилось, можно прочитать в задаче «Плоская» Вселенная). Как уже говорилось, ось вращения Юпитера почти перпендикулярна этой плоскости, поэтому с Земли его полюса просто не видны: он никогда к нам ими не поворачивается. Мимо Юпитера пролетали «Пионеры» и «Вояджеры», но и они полюсов не видели: их орбиты проходили «сбоку» от планеты-гиганта. «Пионер-11» и оба «Вояджера» использовали ее притяжения для гравитационного маневра на пути к Сатурну («Вояджер-2» потом посетил еще и Уран с Нептуном). Долгое время предполагалось, что Юпитер достаточно однороден, как внутри, так и снаружи, и что его полюс должен быть похож на хорошо изученные области низких широт. Но миссия «Юноны» показала, что это на самом деле не так.

Юпитер, сфотографированный аппаратом «Вояджер-1» в 1979 году с расстояния 57,6 млн км. Впервые (не с поверхности Земли) Юпитер снял зонд «Пионер-10» в декабре 1973 года. Фото с сайта jpl.nasa.gov

Впрочем, первым исследовал полюса Юпитера, как ни странно, зонд «Кассини», летевший к своей основной цели — Сатурну (см. картинку Большой финал «Кассини»). Гравитационный маневр возле Юпитера был рассчитан таким образом, что аппарат проходил как раз под его южным полюсом.

Изображение южного полюса Юпитера, полученное зондом «Кассини» с расстояния 9,7 млн км. Снимки, из которых было составлено это композитное изображение, были сделаны 11 и 12 декабря 2000 года (сутки на Юпитере длятся чуть меньше 10 часов, поэтому он успел несколько раз сделать полный оборот вокруг своей оси за это время). Здесь видна поверхность Юпитера вплоть до его экватора (в частности — Большое Красное Пятно). Область, запечатленная на первом изображении, ограничена поясом, в котором расположены две тройки белых циклонов. Сам полюс скрыт из-за конструктивных особенностей камеры, а приполярный регион («синий» на первом изображении) скрыт за коричневой дымкой. Фото с сайта nasa.gov

Первый снимок полюса был сделан с расстояния 9,7 млн км, и даже на нем уже было заметно, что теоретические предсказания об однородности Юпитера оказались неверными: на изображениях просматриваются круговые вихри. Но в полной мере изучить их смог аппарат, нацеленный на Юпитер, то есть «Юнона».

Траектория «Юноны». Синим показаны научные полярные орбиты. Вверху — вид со стороны Солнца (северный полюс Юпитера сверху), внизу — вид со стороны северного полюса. Красным показаны орбиты четырех галилеевых спутников Юпитера. После сближения «Юнона» с августа по ноябрь 2016 года совершила два 53,5-дневных витка, а затем перешла на научные орбиты. Белыми штрихами указаны суточные отрезки траектории. Рисунок с сайта deepstuff.org

Снимки, сделанные «Юноной» во время пролетов над полюсами, в деталях показали структуру приполярных вихрей. На южном полюсе их шесть: один прямо над полюсом (он в самом центре первого изображения — светлое пятно с более темной синей каймой) и пять вокруг него. Каждый из вихрей имеет несколько тысяч километров в поперечнике. На северном полюсе аналогичная структура из десяти вихрей поменьше: один в центре и девять вокруг. Интересно, что все эти вихри — циклоны, то есть они вращаются в одном направлении. Из-за этого в местах «контакта» двух вихрей направление ветра меняется на противоположное в очень небольшом пространстве. Судя по данным «Юноны», скорость ветра в циклонах составляет 200–300 км/ч. Ученые пока не могут внятно объяснить, как вообще такие структуры могут стабильно существовать в течение длительного времени.

В ноябре 2019 года, находясь на 23-й полярной орбите, «Юнона» обнаружила, что в группу циклонов южного полюса влился еще один циклон поменьше. Теперь вокруг центрального вихря стало обращаться шесть циклонов, и эта структура стала еще больше напоминать гексагон Сатурна — гигантский шестиугольный вихрь, «сидящий» на северном полюсе этой планеты. Конечно, маловероятно, что юпитерианские циклоны сольются вместе и породят что-нибудь похожее на гексагон. Но «Юнона» пока в строю и будет продолжать наблюдения еще год, так что ученые смогут проследить за эволюцией этой структуры.

Слева — система циклонов вокруг южного полюса Юпитера. На снимке, сделанном во время 23 пролета 4 ноября 2019 года, видно, что в нее встроился еще один небольшой циклон (он выше и правее полюса). Справа — инфракрасный снимок этой же области (она повернутся примерно на 90 градусов по часовой стрелке относительно левого изображения). На центральный вихрь наложен контур США, а на новый — контур штата Техас. Изображения с сайта missionjuno.swri.edu

Фото с сайта photojournal.jpl.nasa.gov.

Анастасия Стебалина