Учёные раскрыли секретный ингредиент, подпитывающий сверхмощные бури на Уране и Нептуне: метан.
Уран и Нептун — самые удалённые планеты Солнечной системы, известные как «ледяные гиганты», поскольку богаты водой. Учёным мало что известно об этих далёких мирах. Однако после пролёта космического аппарата Voyager 2 в 1980-х годах стало ясно, что на этих планетах время от времени возникают массивные, но кратковременные бури. Эти мощные, но мимолётные бури появляются каждые несколько лет и настолько велики, что их можно увидеть с Земли через телескоп.
Долгое время исследователи задавались вопросом, почему бури на этих планетах такие непредсказуемые. Теперь команда астрономов предложила гипотезу, что именно метан может играть ключевую роль в их формировании.
Чтобы запустить бурю, тепло должно подняться с тёплого внутреннего слоя планеты на её поверхность. Там нагретый газ начинает охлаждаться, что может вызвать турбулентность и способствовать образованию бурь. Однако внутренности этих планет всегда тёплые, а внешние поверхности всегда холодные, так почему же бури не возникают постоянно?
В статье, опубликованной на сайте препринтов arXiv 3 сентября, команда учёных указала, что метан является третьей по распространённости молекулой в глубоких атмосферах Урана и Нептуна после водорода и гелия. Обычно метан просто существует в атмосфере, не оказывая значительного воздействия. Однако с помощью моделирования исследователи показали, что в определённых условиях этот простой углеводород может резко изменить процесс теплообмена внутри планет.
Обычно метан находится в газообразном состоянии, но в верхних слоях атмосферы этих ледяных гигантов он может конденсироваться, образуя капли, которые падают на более низкие высоты. Там они снова нагреваются и поднимаются, создавая цикл, похожий на водный цикл на Земле. Когда атмосфера насыщается метаном, образуется стабильный слой. Как влажное одеяло, этот слой не позволяет теплу достигать поверхности, что подавляет образование бурь.
Эти слои чаще всего встречаются на всех широтах Нептуна и в районе экватора и средних широт Урана. Однако на полюсах Урана недостаточно метана для создания стабильного насыщенного слоя. В результате тепло легко поднимается на поверхность, что и вызывает более крупные бури, как установили исследователи.
С другой стороны, на Нептуне содержится больше метана, и исследователи обнаружили, что этот метан может периодически подниматься из стабильного слоя и распространяться по атмосфере. Это позволяет теплу двигаться и образовывать бури, прежде чем атмосфера снова успокоится.
Учёным предстоит дальнейшая работа, чтобы понять, как все эти и не только факторы взаимодействуют в атмосферах этих ледяных гигантов.
Эти знания затем можно будет использовать для лучшего понимания планет за пределами Солнечной системы, пишут авторы исследования.