На Нептун приходит примерно в девятьсот раз меньше солнечного света, чем на Землю, но облака там разгоняются быстрее звука в земном воздухе. Казалось бы, слабый нагрев должен успокоить погоду. Почему же самая далёкая большая планета устроила самый мощный ветровой двигатель?
2. Рекорд, измеренный по облакам
В 1989 году Voyager 2 впервые показал Нептун крупным планом. На снимках появились яркие метановые облака, тёмные вихри и быстро меняющиеся структуры. Прослеживая их перемещение от кадра к кадру, исследователи получили скорости до примерно 2 000 километров в час, или около 550–580 метров в секунду.
Это скорость относительно принятого вращения внутренней части планеты. Ветры на разных широтах дуют по-разному: экваториальная область движется в одном направлении, некоторые высокие широты — в другом. Рекорд относится к верхним облачным слоям, а не ко всей толще Нептуна.
Сравнение с земным ураганом требует осторожности. У Нептуна нет твёрдой поверхности, где стоял бы анемометр, а давление и плотность газа меняются с глубиной. Тем не менее вывод надёжен: видимые облака ледяного гиганта участвуют в чрезвычайно быстрых зональных потоках.
3. Солнце — не единственная батарея
Нептун действительно получает мало солнечной энергии, но сам излучает в космос больше тепла, чем поглощает от Солнца. Это остаточное внутреннее тепло, связанное с формированием и медленным охлаждением планеты, а возможно, и с продолжающимся перераспределением вещества в её недрах.
Поток тепла снизу вызывает конвекцию: более тёплый газ поднимается, холодный опускается. Вращение планеты организует хаотические движения в широкие струйные течения. Сила Кориолиса отклоняет потоки и помогает формировать пояса, вихри и ветры, огибающие планету.
Однако фраза «ветры дует внутреннее тепло» слишком проста. Энергия конвекции сначала питает множество движений разных масштабов, а затем часть её переходит в крупные устойчивые потоки. Как именно происходит этот перенос на Нептуне, зависит от глубины атмосферного слоя, состава, трения и взаимодействия волн с вихрями.
4. Почему ветер не тормозится
На Земле ураганы теряют энергию при контакте с сушей и неровной поверхностью. У Нептуна нет чёткой границы между атмосферой и «землёй»: с глубиной газ плавно становится плотнее и переходит в горячую сжатую смесь веществ. Верхние потоки не трутся о горы и леса.
Холодная верхняя атмосфера также может терять энергию сравнительно медленно. Низкая вязкость и стабильное разделение слоёв позволяют струям сохраняться. Вихри обмениваются импульсом с окружающим потоком и иногда подпитывают его, вместо того чтобы только разрушать.
Любопытно сравнение с Ураном. Он получает примерно столько же скромного солнечного питания, но выделяет гораздо меньше внутреннего тепла и имеет менее бурную видимую атмосферу, хотя сильные ветры есть и там. Контраст поддерживает важность глубинного тепла, но не превращает его в единственную причину.
5. Что говорит наука
NASA называет Нептун самым ветреным миром Солнечной системы и приводит скорости более 1 200 миль, или около 2 000 километров в час. Эти значения основаны на слежении за облачными деталями Voyager 2 и последующих наблюдениях телескопов. Сам факт рекордных ветров подтверждён.
Также подтверждено, что Нептун имеет собственный тепловой поток. Наиболее вероятно, что он играет важную роль в поддержании конвекции и атмосферной активности. Быстрое вращение перераспределяет эту энергию и организует движение в широтные струи.
Но полного общепринятого объяснения максимальной скорости нет. Модели должны одновременно воспроизвести ветровой профиль, температуру, облака и тёмные вихри. Одни расчёты предполагают сравнительно неглубокий погодный слой, другие допускают более глубокую циркуляцию.
Наконец, слово «самые» относится к планетам Солнечной системы и измеренным ветрам. У экзопланет, особенно у сильно нагретых газовых гигантов, расчётные и наблюдаемые скорости могут быть выше. Но среди наших восьми планет Нептун уверенно держит рекорд.
6. Откуда берётся нептуновский разгон?
Нептун ветреный не вопреки удалённости от Солнца, а потому, что солнечный свет — лишь один источник и регулятор планетной погоды. Тепло из недр, быстрое вращение, отсутствие твёрдой поверхности и слабое торможение создают условия для долговечных скоростных струй.
Точный ответ остаётся составным и пока не до конца рассчитанным. Мы знаем, где взять энергию и почему потоки могут сохраняться, но ещё уточняем, как система собирает её в рекордный ветер. Предложите в комментариях, какой прибор будущий зонд должен первым опустить в атмосферу Нептуна.
