Считала Юпитер "чёрным ящиком" — вычисления впервые показали, сколько в нём кислорода

Под плотными облаками Юпитера может скрываться куда больше, чем подсказывает его яркая "полосатая" оболочка. Учёные давно пытаются понять, сколько воды и кислорода заключено в недрах газового гиганта, но прямые измерения там почти недоступны. Теперь на помощь пришли вычисления: новая симуляция впервые связала воедино движение газов и сложную химию. Об этом сообщает Чикагский университет.

Почему заглянуть под облака Юпитера так трудно

Верхние слои атмосферы планеты выглядят эффектно: штормы, вихри и многослойные облака постоянно меняют картину. Но именно эта "бурная крышка" мешает увидеть глубже — облака на Юпитере настолько плотные, что аппараты не могут надёжно измерить состав нижних слоёв напрямую. В тексте напоминается, что зонд NASA Galileo во время погружения потерял связь с Землёй, а миссия Juno изучает планету с орбиты, собирая данные о верхних уровнях атмосферы.

Орбитальные измерения помогают определить, какие вещества присутствуют наверху: среди них называют аммиак, метан, гидросульфид аммония, воду и угарный газ. Дальше начинается самое сложное: эти данные нужно "протянуть" в глубину, учитывая, как вещества перемешиваются, нагреваются, охлаждаются и вступают в реакции. Именно из-за этой цепочки допущений разные работы порой приходили к заметно отличающимся оценкам воды, а значит и кислорода.

Модель, где химия и движение атмосферы работают вместе

Команда из Чикагского университета и Лаборатории реактивного движения решила соединить два подхода в одной симуляции: химическое моделирование и гидродинамику. По словам авторов, это важно потому, что одна только химия не описывает капли и поведение облаков, а "чистая" гидродинамика вынужденно упрощает химические превращения.

Исследование, опубликованное в журнале The Planetary Science Journal, авторы называют шагом к более реалистичной картине "глубокой" атмосферы Юпитера. В центре внимания оказался давний спорный вопрос: сколько кислорода содержит газовый гигант относительно Солнца.

"Это давний спор в планетарных исследованиях, — сказал постдокторант Чикагского университета и первый автор статьи Джихён Ян. — Это свидетельство того, как новейшее поколение вычислительных моделей может изменить наше понимание других планет".

Кислород, вода и ключ к истории Солнечной системы

Согласно их анализу, на Юпитере, вероятно, примерно в полтора раза больше кислорода, чем у Солнца. В материале подчёркивается, что предыдущие оценки расходились: часть работ указывала на существенно меньшие значения. Такой параметр важен не ради рекорда, а как подсказка о прошлом: значительная доля кислорода связана с водой, а вода в зависимости от условий ведёт себя по-разному — где-то остаётся паром, а где-то легче накапливается в виде льда. Поэтому оценки кислорода помогают уточнять сценарии формирования планеты и её возможной миграции в ранней Солнечной системе.

Ещё один вывод модели касается перемешивания атмосферы: авторы предполагают, что вертикальная циркуляция может быть гораздо медленнее, чем считалось.

"Наша модель предполагает, что диффузия должна быть в 35-40 раз медленнее стандартного предположения", — сказал Ян.