Космический зонд Juno разгадал загадку «отсутствующих» радиосигналов от молний Юпитера. 40 лет понадобилось, чтобы выяснить: молнии планеты Юпитер значительно больше похожи на земные, чем считалось. Космический зонд NASA Juno сумел, наконец, принять вызванные вспышками молний радиосигналы, которые планетологи безуспешно искали чуть менее полувека. Но что удивительно: это высокочастотный «радиосвист» учащается на Юпитере на полюсах, в то время как на экваторе царит тишина. Это повторяет земную картину, но с точностью до наоборот, пишут ученые в журнале Nature.
Почти 40 лет исследователи безуспешно икали высокочастотные радиосигналы юпитерианских молний. И вот теперь они их обнаружили. Фото NASA/JPL-Caltech/ SwRI/ JunoCam
Когда космический зонд Voyager 1 в 1970 году впервые пролетал возле Юпитера, он зарегистрировал странный свист в эфире: короткие, беспорядочно возникающие радиосигналы в килогерцевом диапазоне. «Радиописк» с понижающимся тоном имел длительность всего несколько секунд и значительно отличался от радиосигналов, которые возникают на Земле.
Загадка отсутствия высокотонального писка
Лишь после того как планетологи проанализировали снимки камеры зонда, стало понятным, что эти сигналы вызваны молниями в газовой оболочке Юпитера. «Удары молний действуют как радиотрансмиттеры», - объясняет Шеннон Браун из Лаборатории реактивного движения NASA в Пасадене. На Земле такие радиосигналы можно уловить вблизи грозовых фронтов. Но здесь они обычно широкополосные и заходят далеко вглубь мегагерцевого диапазона.
Но на Юпитере с его частыми молниями высокочастотный диапазон «радиосвиста» казался ученым полностью отсутствующим. Более поздние космические зонды, как Galileo и Cassini, тоже, несмотря на интенсивное прослушивание, не обнаружили совершенно никаких сигналов от молний в мегагерцевом диапазоне. «Предлагалось множество теорий, чтобы это объяснить, но ни одна из них не смогла дать действительно проясняющий ответ», - говорит Браун.
Но они есть!
И вот теперь, через 40 лет после «Вояджера», принявшего первый радиосигнал юпитерианского «свиста молнии», космический зонд Juno предоставил, наконец, объяснение. Впервые этот зонд смог прослушивать радиоэмиссии газового гиганта в его непосредственной близости. С расстояния менее пяти юпитерианских радиусов микроволновой радиометр космического аппарата уже на протяжении первых пяти оборотов вокруг планеты зарегистрировал 377 ударов молний и сопровождающие их радосигналы.
Снимки молний на Юпитере, сделанные в 1998 году космическим зондом Галилео. Фото NASA/JPL-Caltech
Но что удивительно: в отличие от всех предыдущих зондов, Juno обнаружил и уловил столь долго искомые радиосигналы в мегагерцевом диапазоне. Правда, как сообщают исследователи, сигналы эти представляли собой сверхбыстрые и короткие импульсы продолжительностью в считанные миллисекунды или десятые доли миллисекунды, а частота их достигала около 600 мегагерц. И изредка этот «свист» достигал даже гигагерцевого диапазона. «Это похоже на то, что происходит и при земных молниях», - объясняет Браун.
Непонятное молниевое спокойствие на экваторе
В общей сложности зонд Juno фиксировал до четырех молний в секунду. «Это примерно соответствует норме земных гроз. Притом эта цифра в шесть раз превышает предположения, сделанные на основании данных, полученных «Вояджером», - рассказывает Ивана Колмасова из Чешской Академии Наук.
Необычным же оказалось то, что на Земле грозы и молнии скапливаются, прежде всего, в тропиках и в районе экватора. Потому что там высоко вверх поднимается теплый влажный воздух, образуются грозовые тучи, а в них возникает создающая молнии разница зарядов. На Юпитере же все выглядит иначе. «Распределение молний на Юпитере – это почти зеркальная земной картина: существует значительная активность вблизи полюсов, но она отсутствует на экваторе», - объясняет Браун.
Сильнейшая конвекция на полюсах
Исследователи планет предполагают, что это связано с конвекционными потоками в газовой оболочке Юпитера. В то время как Земля нагревается преимущественно от Солнца, газовый гигант Юпитер большую часть тепла вырабатывает внутри себя. На экваторе же Юпитера лучей далекого Солнца оказывается как раз достаточно, чтобы приблизительно выровнять тепловой бюджет – снаружи и изнутри. Вследствие этого, там возникает меньшая разница температур и, соответственно, конвекции в газовой оболочке тоже оказывается меньшей.
В отличие от Земли, молнии на Юпитере концентрируются в полярных регионах. © NASA/JPL-Caltech/ SwRI/ JunoCam
А вот на полюсах Юпитера все обстоит иначе. Туда солнечные лучи почти не попадают, по причине чего разница между холодным окружением и теплой внутренней частью Юпитера ведет к сильнейшим конвекционным потокам. Подобно земным тропикам, поднимающиеся вверх теплые влажные газы вызывают там разделение зарядов и, в конце концов, происходит разряд в форме молнии. Именно так объясняют этот процесс ученые.
«Полученные нами результаты могут помочь лучше понять состав, циркуляцию и энергетические потоки на Юпитере», - считает Браун. Тем не менее, радиосигналы молний Юпитера ставят и новые вопросы. «Мы видим молнии на обоих полюсах Юпитера. Почему же мы регистрируем радиосигналы преимущественно со стороны северного полюса?» - размышляют исследователи. Ответ планетологи надеются получить из новых данных Juno. 16 июля космический зонд в тринадцатый раз совершит свой близкий пролет возле газового гиганта, и при этом он снова будет вслушиваться в молнии.
