Учёные разработали новые компьютерные модели, чтобы оценить содержание кислорода в атмосфере Юпитера, что поможет понять процессы формирования планет в Солнечной системе. Новое исследование, проведённое учёными из Чикагского университета и Лаборатории реактивного движения NASA, показало, что газовый гигант содержит примерно в 1,5 раза больше кислорода, чем Солнце. Результаты помогают объяснить не только происхождение газового гиганта, но и раннюю историю Солнечной системы.

Непосредственное измерение глубокой атмосферы Юпитера затруднено из-за плотных облаков и сильных штормов, таких как Большое Красное Пятно, которое по размерам превосходит Землю. Космические аппараты, вроде миссии NASA «Юнона» (Juno), могут исследовать гравитационное и магнитное поля планеты, а предыдущие миссии собрали пробы из самых верхних слоёв атмосферы. При этом, кислород на Юпитере в основном находится в составе воды, которая конденсируется глубоко под видимыми облаками, вне досягаемости приборов на орбите планеты.

Источник: NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS, Kevin M. Gill

Для решения этой проблемы учёные разработали наиболее подробные на сегодняшний день симуляции «внутренней атмосферы» Юпитера. Модели объединяют атмосферную химию с гидродинамикой, отслеживая не только присутствующие молекулы, но и то, как газы и частицы облаков перемещаются по планете с течением времени.

Ранее проведённые исследования часто рассматривали химию и движение атмосферы по отдельности, что приводило к существенно различающимся оценкам содержания воды и кислорода на Юпитере. Новая модель учитывает взаимодействие водяного пара, облаков и химических реакций при циркуляции вещества из глубоких горячих слоёв в более холодные верхние слои атмосферы.

Полученные результаты подтверждают модели формирования, в которых Юпитер рос за счёт аккреции богатого льдом материала на ранних этапах истории Солнечной системы, вероятно, вблизи или за так называемой снеговой линией в протопланетном диске, где водный лёд был в изобилии. В основном в таких соединениях, как вода, аммиак и метан. Формирование так далеко от тепла Солнца позволило Юпитеру естественным образом включить больше богатого кислородом материала, заключённого в замёрзшей воде, чем само Солнце.

Симуляции также показали, что циркуляция во «внутренней атмосферы» Юпитера происходит медленнее, чем предполагалось ранее: газам требуются недели, а не часы, для перемещения между слоями. Это открытие может изменить представление учёных о том, как тепло, штормы и химические процессы взаимодействуют внутри планеты. Планеты сохраняют «химические отпечатки среды», в которой они сформировались, что делает их своеобразными капсулами времени планетарной истории. Понимание того, какие условия порождают различные типы планет, проясняет эволюцию Солнечной системы и помогает в поиске экзопланет за её пределами.

Подробнее на iXBT