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.
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.
