Ученые объяснили, почему полярные штормы Юпитера и Сатурна выглядят по-разному

Несмотря на поразительное сходство, Юпитер и Сатурн давно ставят учёных в тупик одним фундаментальным различием — устройством гигантских полярных штормов. Если на каждом полюсе Сатурна наблюдается один огромный вихрь, то на полюсах Юпитера доминирует крупный шторм, окружённый «короной» из нескольких меньших вихрей. Теперь планетологи считают, что нашли объяснение этому феномену.

Исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, показывает: ключ к разгадке кроется в том, насколько сильно атмосферные вихри связаны с более глубокими слоями планеты. Иными словами, атмосфера либо позволяет штормам свободно сливаться, как на Сатурне, либо ограничивает их рост, как на Юпитере.

Авторы работы — Ванин Кан и Цзяру Ши из Массачусетского технологического института — разработали упрощённую двухмерную модель динамики жидкости, которая воспроизводит структуру полярных вихрей на обеих планетах. Такой подход оказался возможен благодаря быстрому вращению газовых гигантов: в подобных системах движение жидкости выравнивается вдоль оси вращения, что позволяет заменить сложную трёхмерную модель более простой и вычислительно эффективной.

Согласно результатам, атмосфера Юпитера достаточно глубока и энергетически активна, чтобы формировать множество вихрей. Однако сильная начальная турбулентность и интенсивное тепловое воздействие из недр препятствуют их слиянию. В результате на поверхности сохраняется характерная геометрическая структура из нескольких отдельных штормов, напоминающая узор с равномерно распределёнными «пятнами».

У Сатурна ситуация иная. Его атмосфера, по всей видимости, обладает более выраженной слоистостью. Это может быть связано либо с более слабым тепловым воздействием изнутри, либо с большими потерями энергии из-за трения — или сочетанием обоих факторов. В таких условиях барьеры между вихрями разрушаются, и они сливаются в один гигантский полярный шторм.

Учёные также допускают, что важную роль играет плотность нижних слоёв, где зарождаются вихри. Если у Сатурна «дно» атмосферы более плотное или богато конденсируемыми и металлическими компонентами, это усиливает стратификацию и способствует формированию единого вихря.

По словам исследователей, наблюдаемые на поверхности планет структуры штормов могут служить косвенными подсказками об их внутреннем строении. Понимание этих процессов помогает не только объяснить различия между Юпитером и Сатурном, но и глубже разобраться в физике газовых гигантов в целом, включая экзопланеты за пределами Солнечной системы, пишет источник.