Глубина атмосферы определила разницу экваториальных потоков Сатурна и Юпитера

Юпитер и Сатурн — две самые большие планеты Солнечной системы, газовые гиганты с похожим устройством атмосферы. На Сатурне и Юпитере доминируют струйные потоки, движущиеся вокруг планет с запада на восток. У них также существуют крупные области сильной турбулентности: Большое белое пятно на Сатурне, Большое красное пятно на Юпитере и другие.

Но все же эти газовые гиганты во многом разные — к примеру, скорость экваториальных потоков на уровне облаков на Сатурне и Юпитере сильно различается: 300 и 100 метров в секунду соответственно. Хотя при этом у Юпитера скорость вращения чуть выше, а внутренний источник тепла мощнее, чем на Сатурне. Такие факторы, предположительно, должны усиливать экваториальные потоки, но, судя по наблюдениям, этого не происходит.

Два планетолога из Института Вейцмана (Израиль) решили разобраться в этом несоответствии. Они взяли данные о глубине экваториальных атмосферных потоков двух газовых гигантов, полученные с аппаратов «Юнона» и «Кассини», — около 3000 километров на Юпитере и около 9000 километров на Сатурне. Затем исследователи построили трехмерные математические модели гидро- и геодинамики. Результаты опубликованы в журнале Geophysical Research Letters.

Авторы выяснили, что глубина атмосферной динамики напрямую влияет на силу и протяженность потоков в зоне экватора. Дело в том, что Юпитер более чем втрое тяжелее Сатурна, вследствие чего вблизи внешнего радиуса планеты образуется более плотный газ. А масса планеты влияет на протяженность атмосферы в глубину. Благодаря известной глубине экваториальных потоков исследователи рассчитали их ширину — касательный цилиндр, параллельный оси вращения планеты. Он отделяет экватор от средних широт.

Расчеты показали, что глубина касательного цилиндра пропорциональна силе потока вихревого импульса. Он, в свою очередь, контролирует зональные потоки. На основе этого авторы предположили, что разница между экваториальными ветрами на газовых гигантах — следствие глубины их атмосферы. Отношение скоростей потоков на экваторе у Юпитера и Сатурна составляет 1:3, и точно так же соотносятся глубины их атмосфер.

Чем глубже поток, тем быстрее вихри, передающие больше импульса зональным ветрам. Такой механизм, как отметили авторы исследования, ограничивается областью за пределами касательного цилиндра, то есть он не затрагивает средние широты.

Новые результаты помогут в изучении атмосферы других газовых гигантов за пределами Солнечной системы. Но к планетам вроде Урана и Нептуна, подчеркнули исследователи, новые знания неприменимы, потому что у них мельче атмосфера и ниже скорость вращения.