На средното разстояние на Нептун от 4,5 милиарда километра от Слънцето, светлината по пладне наподобява слаб земен полумрак. Слънчевата светлина е около 900 пъти по-слаба, отколкото на Земята, но въпреки това ярки облаци от метан и лед могат да се носят около планетата с ветрове, надвишаващи 2000 километра в час.
Очевидното противоречие прави Нептун една от най-убедителните метеорологични лаборатории в планетарната наука. На Земята слънчевата светлина захранва по-голямата част от времето. Нептун получава толкова малко слънчева енергия, че друг източник трябва да е от значение, а планетата доставя такъв отдолу: той излъчва значително повече енергия, отколкото поглъща от Слънцето.
Вътрешната топлина е основната причина, но не е пълно обяснение. Бързото въртене, конвекцията, атмосферните вълни и ниското триене изглежда организират наличната енергия в мощни джетове (струи) в посока изток-запад. Как точно тези части работят заедно, остава неясно.
Слънчевата светлина е слаба, но не е слаба като лунна светлина
Нептун обикаля около Слънцето приблизително 30 пъти по-далеч от Земята. Тъй като интензитетът на светлината намалява с квадрата на разстоянието, планетата получава около деветстотната част от слънчевата светлина. НАСА описва обедната светлина там като сравнима с приглушения здрач на Земята.
Все пак е много по-светло от нощ на пълнолуние, въпреки често срещаното сравнение. Светлината по пълнолуние на Земята обикновено осигурява малка част от 1 лукс, докато разделянето на земната дневна светлина на 900 все още оставя осветеност от приблизително 100 лукса, в зависимост от атмосферните условия и позицията на Слънцето. Точното сравнение е, че дневната светлина на Нептун е стотици пъти по-ярка от пълната лунна светлина, но около 900 пъти по-слаба от дневната светлина близо до Земята.
Според данните на НАСА за Нептун, слънчевата светлина достига до планетата за около четири часа. Нептун прави една пълна обиколка за 165 земни години, така че всеки сезон трае повече от четири десетилетия.
Най-бързите ветрове в нашата слънчева система духат през Нептун. Тези мощни ветрове могат да достигнат скорост от около 2000 км/ч, по-бързо от скоростта на звука на Земята. Нептун е леден гигант и най-отдалечената голяма планета от Слънцето. Въпреки че получава много малко слънчева светлина и е изключително студен, той има едни от най-бурните климатични условия, наблюдавани някога на която и да е планета. Защо ветровете на Нептун са толкова бързи. Кредит: MeToo
Вояджър откри свят, движещ се с 2000 километра в час
Нептун няма твърда повърхност, където да може да се постави анемометър. Скоростта на вятъра се определя чрез проследяване на свижението на облаците и бурите спрямо основното въртене на планетата. По време на прелитането си през 1989 г., Вояджър 2 разкрива ивици, ярки облаци и Голямото тъмно петно с размерите на Земята.
Според информацията на НАСА за Вояджър, близо до тази буря, космическият апарат е измерил ветрове, приближаващи се до 2000 километра в час. По-късни наблюдения от космическия телескоп Хъбъл и наземни обсерватории показват, че тъмните вихри могат да се появяват и изчезват, докато основният модел на джетовете се запазва.
Най-силният измерен поток е широк екваториален джет, насочен на запад, а не единичен порив като на земно торнадо. Нептун прави обиколка около оста си за около 16 часа и това бързо въртене силно влияе върху циркулацията. Ефектът на Кориолис отклонява движещия се газ и спомага за подреждането му в източно-западни ленти, вместо да остави топлината просто да се прехвърли от по-ниските към по-високите географски ширини, както е на Земята.
Вътрешността на Нептун. Тъй като астрономите не могат непосредствено да изследват Нептун, е трудно да се разбере от какво е направена вътрешността му. Модел от 2003 г. на Лунния и планетарен институт предполага атмосфера от водород, метан и хелий. Под тази атмосфера се намират течен водород, метан и хелий, с още по-ниски нива на други материали, включително течни водородни съединения, азот и кислород. Ядрото (ако има такова) би било скалисто и ледено.Кредит: Lunar and Planetary Institute
Нептун носи собствена пещ
Слабата слънчева светлина не означава, че на Нептун му липсва енергиен източник. Планетата все още се охлажда след образуването си преди 4,5 милиарда години. Топлината, излизаща от дълбоките ѝ вътрешности, се издига през слоеве, богати на водород, хелий, вода, амоняк и метан, преди да достигне атмосферата, която формира метеорологичното време.
Съвременните оценки на енергийния баланс показват, че вътрешният топлинен поток на Нептун е около 162 процента от слънчевата енергия, която абсорбира. Добавянето на абсорбираната слънчева светлина означава, че планетата излъчва приблизително 2,6 пъти повече енергия, отколкото получава от Слънцето. Числата са обобщени в проучване на Geophysical Research Letters от 2025 г., сравняващо топлинните баланси на гигантските планети.
Покачващата се топлина може да предизвика конвекция. Газът, затоплен в дълбочина, се издига и в крайна сметка се охлажда, докато по-плътният материал потъва. Кондензацията на метан и други вещества може да добави латентна топлина, точно както кондензиращата вода помага за захранването на бурите на Земята. Турбулентните вихрушки и атмосферните вълни могат след това да предадат импулса си на големите зонални джетове.
Това изображение показва схематично струйните течения (джетове) на планетата Нептун. Учените са установили, че циркулацията на атмосферата се характеризира с течение на запад близо до екватора със скорости, достигащи 1200 км/ч, и течение на изток в по-високите географски ширини както в Северното, така и в Южното полукълбо със скорости, достигащи 900 км/ч. Скоростта на вятъра намалява към гъстата течна вътрешност на планетата. Кредит: Yohai Kaspi, Weizmann Institute of Science/NASA
Бързият вятър не изисква пропорционално голямо захранване
Изкушаващо е да си представим скоростта на вятъра като директен показател за това колко енергия навлиза в атмосферата във всеки момент. Връзката не е толкова проста. Струята може да се запази, когато движещата сила се преструктурира непрекъснато и загубите на енергия са малки. Нептун няма планини, гори или твърда земя, стигаща до облаците, които да оказват познатото на Земята съпротивление.
Това не прави атмосферата на Нептун съвсем без триене. Турбуленцията, вълните и смесването все пак разсейват кинетичната енергия и движението по-дълбоко към вътрешността на планетата може да срещне допълнително съпротивление. Но ако разсейването е бавно, умерен непрекъснат топлинен поток може да поддържа голям резервоар от атмосферно движение.
В класическа статия от 1991 г. в списание Science се предполага, че Нептун може да функционира като необичайно ефективен топлинен двигател. В този модел топлината се добавя в по-топлите дълбочини и се отстранява в изключително студените върхове на облаците, докато обширната геометрия на циркулацията позволява някои процеси да протичат с относително малки необратими загуби. Идеята показва, че ниският приток на слънчева енергия не определя нисък таван на скоростта на вятъра.
Метеорологичният слой може да е по-плитък, отколкото изглежда
Учените отдавна спорят дали джетовете на Нептун се простират през голяма част от вътрешността или заемат относително тънка атмосферна обвивка. Анализ от 2013 г. в Nature комбинира наблюдаваните ветрове с измервания на гравитационните полета на Уран и Нептун. Той стига до заключението, че циркулацията е ограничена до метеорологичен слой с дълбочина не повече от около 1000 километра и съдържащ само около 0,2% от масата на Нептун.
Хиляда километра е не е малко по земните стандарти, но е малко в сравнение с радиуса на Нептун от близо 25 000 километра. Резултатът благоприятства механизми, действащи във външната атмосфера, въпреки че топлината, издигаща се от вътрешността, все още може да осигурява енергия на този слой. Образуващата облаци конвекция, вълни и водовъртежи може да са посредниците, които превръщат вертикалния топлинен поток в хоризонтални джетове.
Уран не дава прекалено просто обяснение. Той има сходни размери, състав и лентова циркулация, но измереният вътрешен топлинен поток е много по-малък, а максималните ветрове са по-бавни. Следователно сравняването на двата ледени гиганта е един от най-добрите начини да се провери кои съставки контролират времето им.
Най-бързите ветрове остават открит проблем
Само един космически кораб е посетил Нептун, а Вояджър 2 е прекарал часове близо до планетата, а не години в орбита. Наземните телескопи могат да следят върховете на облаците, но не могат директно да измерват температурите, състава и ветровете далеч под тях. Това оставя големи неясноти къде джетовете набират инерция, колко дълбоко се простират и къде се губи енергията им.
Следователно най-защитимият отговор е комбинация, а не един-единствен механизъм. Вътрешността на Нептун осигурява повече енергия от отдалеченото Слънце. Конвекцията и атмосферните смущения движат тази енергия нагоре. Бързото въртене оформя движението в джетове, докато относително слабото съпротивление им позволява да се задържат. Заедно тези фактори могат да поддържат най-бързо измерените планетарни ветрове в Слънчевата система.
Това, което остава необяснимо, е защо Нептун преобразува наличната си енергия в тази конкретна циркулация толкова ефективно. Бъдещ орбитален апарат и атмосферна сонда биха могли да проследяват променящите се облаци отгоре, докато измерват налягането, температурата и вятъра под тях. Дотогава бесните скорости на синята планета остават един от най-забележителните въпроси, оставени от Вояджър.
Справка: V. E. Suomi et al., High Winds of Neptune: A Possible Mechanism. Science 251, 929-932 (1991). DOI: 10.1126/science.251.4996.929
Източник: https://spacedaily.com/t-neptune-fastest-winds-solar-system/
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
Прост Човек
Колко бързо става квантовото вплитане? Учени го изследват в атосекунден мащаб
Прост Човек
Колко бързо става квантовото вплитане? Учени го изследват в атосекунден мащаб
Прост Човек
Последната теорема на Стивън Хокинг преобръща времето и причинността
Прост Човек
Разрязването на фотон на две създава безкраен рояк от частици