На северном полюсе Сатурна облака выстроились в фигуру, которую будто провели гигантской линейкой. Шесть сторон видны уже больше сорока лет, хотя вокруг мчатся ветры и меняются сезоны. Почему газовая планета хранит эту странную геометрию?
2. Это не твёрдая конструкция
Шестиугольник Сатурна — не поверхность и не стенка из облаков. Это изгибающаяся струя газа вокруг северного полюса, то есть узкое и очень быстрое течение в атмосфере. Его впервые заметили на снимках аппаратов Voyager 1 и Voyager 2 в 1980–1981 годах, а затем подробно наблюдала станция Cassini.
Фигура огромна. Расстояние через неё составляет примерно 29 тысяч километров, а длина одной стороны — около 14,5 тысячи километров. Земля поместилась бы внутри такого контура, хотя сравнение немного условно: мы видим не яму, а волнообразный рисунок верхних облаков.
В центре находится полярный вихрь, но сам шестиугольник расположен вокруг него. Газ в струйном течении движется на восток со скоростью порядка 120 метров в секунду. При этом углы не прибиты к определённым облакам: вещества проходят через рисунок, а общий узор сохраняется.
3. Откуда в природе взялись шесть углов?
Главное рабочее объяснение связано с волной Россби. Так называют крупномасштабную волну во вращающейся атмосфере, которую поддерживает изменение действия силы Кориолиса с широтой и неоднородность самого потока. На Земле такие волны заставляют высотные струйные течения изгибаться, только обычно они не образуют столь аккуратного многоугольника.
У северного полюса Сатурна быстрый восточный поток соседствует с более медленно движущимся газом. На границах струи возникает неустойчивость, и течение начинает «вилять». В подходящих условиях число устойчивых изгибов равно шести, поэтому круговой поток превращается в шестиугольную волну.
Похожие многоугольные узоры получают в лабораторных опытах с жидкостью во вращающемся сосуде. Если центральная и внешняя области вращаются с разными скоростями, граница между ними может принять форму треугольника, квадрата, шестиугольника и других фигур. Это не уменьшенная копия Сатурна, но важное доказательство: для углов не требуется твёрдая оболочка или чья-то инженерная мысль.
4. Почему фигура не разваливается
На Сатурне один год длится около 29,5 земных лет. За это время северный полюс переживает долгую ночь, рассвет и лето, а нагрев атмосферы заметно меняется. Тем не менее наблюдения Voyager, наземных телескопов, Hubble, Cassini и затем James Webb показывают: основное течение удивительно устойчиво.
Вероятно, струя уходит глубже видимого слоя облаков и получает энергию от масштабной циркуляции атмосферы. Волна как будто заперта в естественном «волноводе» между соседними потоками и не может свободно уйти к экватору или полюсу. Поэтому небольшие облачные бури и сезонная смена цвета не уничтожают весь рисунок.
Ещё одна причина долговечности — отсутствие твёрдой поверхности. На Земле горы и континенты постоянно возмущают атмосферные течения. У Сатурна внизу нет материков, о которые могла бы споткнуться струя, поэтому крупные потоки способны жить очень долго.
5. Что говорит наука
Наблюдения подтверждают, что шестиугольник существует по меньшей мере с эпохи Voyager и связан с быстрым восточным струйным течением примерно на 78-м градусе северной широты. Исследование в Geophysical Research Letters проследило его движение на протяжении десятилетий и показало устойчивость даже при сильной сезонной перемене солнечного освещения.
Наиболее вероятная интерпретация — стационарная волна Россби, возникшая из неустойчивости полярной струи и удерживаемая окружающими течениями. Модели и лабораторные эксперименты демонстрируют, что вращающаяся жидкость действительно может самостоятельно создавать многоугольные границы.
Однако полный рецепт шестиугольника пока не установлен. Разные модели получают похожие формы, но не всегда одновременно воспроизводят скорость движения рисунка, отсутствие цепочки заметных вихрей и вертикальную структуру. Неясно и то, почему сопоставимая струя у южного полюса Сатурна не образовала такой же шестиугольник.
Слово «держится» тоже требует пояснения. Отдельные облака меняются, возникают конвективные вспышки, а цвет области зависел от сезона. Постоянной остаётся прежде всего динамическая схема течения, а не один и тот же набор газовых частиц.
6. Геометрия без архитектора
Шестиугольник десятилетиями сохраняется потому, что это устойчивая волна в мощной полярной струе. Быстрое вращение Сатурна, перепад скоростей и удачная конфигурация соседних потоков снова и снова собирают атмосферу в шестилучевой рисунок.
Так что перед нами не загадочная постройка, а красивый пример того, как движение само создаёт порядок. Природа вообще любит геометрию, особенно когда у неё есть вращение, энергия и несколько миллиардов лет на эксперименты. Поделитесь в комментариях: какую ещё странность планетной погоды стоит разобрать следующей?
