Большое темное пятно на Нептуне: Исчезающий шторм

Введение

Большой шторм в атмосфере Нептуна

Большое тёмное пятно (также известное как GDS 89, от англ. Great Dark Spot, 1989) было одним из серии тёмных пятен на Нептуне, схожих по внешнему виду с Большим красным пятном Юпитера. В 1989 году GDS 89 стало первым Большим тёмным пятном на Нептуне, обнаруженным космическим аппаратом «Вояджер-2» NASA. Подобно пятну на Юпитере, Большие тёмные пятна являются антициклоническими штормами. Однако их внутренние области относительно свободны от облаков, и, в отличие от пятна Юпитера, которое существует уже сотни лет, их продолжительность жизни, по-видимому, меньше – они формируются и рассеиваются примерно раз в несколько лет. Основываясь на наблюдениях, выполненных с помощью «Вояджера-2» и впоследствии космического телескопа Хаббл, можно предположить, что Нептун проводит чуть более половины своего времени с Большим тёмным пятном. О происхождении, движении и исчезновении тёмных пятен, наблюдаемых на планете с 1989 года, известно немного.

Характеристики

Большое темное пятно было зафиксировано космическим зондом "Вояджер-2" НАСА в южном полушарии Нептуна. Темное эллиптическое пятно (с начальными размерами 13 000 × 6 600 км, или 8 100 × 4 100 миль) GDS 89 было примерно сопоставимо по размеру с Землей и в целом напоминало Большое красное пятно Юпитера. Одним из ключевых отличий от Большого красного пятна Юпитера является то, что Большое темное пятно Нептуна демонстрировало способность смещаться в широтном направлении со временем, в то время как Большое красное пятно удерживается в одной и той же широте глобальными ветрами с востока на запад. Скорость ветра по краям шторма достигала 2100 километров в час, что является самой высокой зарегистрированной скоростью ветра в Солнечной системе. Считается, что Большое темное пятно представляет собой прорыв в метановой облачной оболочке Нептуна. Пятно наблюдалось в разное время, с различными размерами и формами. Большое темное пятно генерировало крупные белые облака на или чуть ниже слоя тропопаузы, подобные высоким перистым облакам, наблюдаемым на Земле. Однако, в отличие от земных облаков, состоящих из кристаллов водяного льда, перистые облака Нептуна состоят из кристаллов замороженного метана. Эти высокие облака расположены на высоте примерно от 50 до 100 км над основной облачной оболочкой. В то время как перистые облака обычно формируются и рассеиваются в течение нескольких часов, облака в Большом темном пятне сохранялись более 36 часов, то есть в течение двух периодов вращения планеты. Темные пятна Нептуна, как полагают, образуются в тропосфере на более низких высотах, чем более яркие верхние облачные образования. Поскольку они являются устойчивыми структурами, способными сохраняться в течение нескольких месяцев, предполагается, что это вихревые образования.

Исчезновение

Когда в ноябре 1994 года космический телескоп Хаббл снова сфотографировал это место, оно полностью исчезло, заставив астрономов предположить, что оно либо было скрыто, либо исчезло. Сохранение сопровождающих облаков указывает на то, что некоторые бывшие темные пятна могут продолжать существовать в виде циклонов, даже если они больше не видны как темные образования. Темные пятна могут рассеиваться, когда они мигрируют слишком близко к экватору, или, возможно, посредством каких-то других неизвестных механизмов. и Темное пятно 2 (внизу), с искусственно увеличенным контрастом.]] После Большого Темного Пятна было обнаружено несколько других темных пятен. В 1989 году, когда "Вояджер-2" наблюдал Большое Темное Пятно (GDS), было найдено второе темное пятно – Темное пятно 2 (DS2). Темное пятно 2 полностью рассеялось к 1994 году. Начиная с 1994 года, Хаббл стал единственным действующим инструментом для обнаружения и наблюдения темных пятен на Нептуне и продолжает использоваться до настоящего времени. Хаббл способен получать изображения в синем диапазоне длин волн, что является единственным способом увидеть эти образования. В 1994 году в северном полушарии сформировалось Северное Темное Пятно (NGDS 1994), которое исчезло между 1998 и 2000 годами. На протяжении всего своего существования шторм сохранял стабильную широту. Южное Темное Пятно демонстрировало дрейф к полюсу перед своим исчезновением в 2017 году. В 2016 году в северном полушарии Нептуна появилось пятно, почти идентичное Большому Темному Пятну (GDS). Это новое пятно, названное Северным Большим Темным Пятном (NGDS), оставалось видимым в течение нескольких лет. Неизвестно, существует ли это пятно на планете в настоящее время, поскольку наблюдения с помощью телескопа Хаббл ограничены. Совсем недавно, в 2018 году, было идентифицировано и изучено новое основное темное пятно и меньшее темное пятно. Это открытие темного пятна в северном полушарии Нептуна было значительным, поскольку Хаббл впервые смог задокументировать темное пятно с момента его формирования. Шторм значительно меньше, чем тот, который был обнаружен "Вояджером-2" NASA, но его диаметр, примерно 7400 километров, превышает ширину Атлантического океана. В августе 2020 года новое Большое Темное Пятно внезапно остановило свое движение к югу и изменило направление, вопреки прогнозам о том, что шторм продолжит двигаться к экватору, где, вероятно, и рассеется. Считается, что штормы остаются стабильными в северном полушарии из-за влияния сил Кориолиса. Однако, по мере приближения штормов к экватору, силы Кориолиса ослабевают, что приводит к их рассеиванию. Примерно в то же время рядом с большим штормом было обнаружено меньшее пятно, получившее название "Темное пятно-младшее", которое впоследствии исчезло. Как следует из названия, Темное пятно-младшее было меньше предыдущего темного пятна, его диаметр составлял около 5950 километров. Одновременное появление этого шторма заставило астрономов предположить, что изменение направления движения предыдущего шторма могло быть связано с формированием меньшего шторма. Хотя процессы формирования штормов все еще изучаются, наблюдения за Южным Темным Пятном (SDS 2015) и Северным Большим Темным Пятном (NGDS 2018) показали, что их появлению предшествует увеличение облачной активности в данном регионе за 2–3 года до того, как они становятся видимыми.

When the spot was to be photographed again in November 1994 by the Hubble Space Telescope, it had disappeared completely, leaving astronomers to believe that it had either been covered up or had vanished. The persistence of companion clouds shows that some former dark spots may continue to exist as cyclones even though they are no longer visible as a dark feature. Dark spots may dissipate when they migrate too close to the equator, or possibly through some other unknown mechanisms. and Dark Spot 2 (bottom), with contrast exaggerated.]] Following the Great Dark Spot, several other dark spots have been observed. In 1989, when the Voyager 2 observed the Great Dark Spot (GDS), a second dark spot, Dark Spot 2 (DS2) was found. Dark Spot 2 fully dissipated prior to the year 1994. Beginning in 1994, the Hubble became the only operating facility to detect the presence and observe dark spots on Neptune and is still used to the present day. Hubble is able to view images at blue wavelength, which is the only way features are visible. In 1994, a Northern Dark Spot (NGDS 1994) formed in the northern hemisphere and disappeared between 1998 and 2000. The storm for its duration showed to be stable in latitude. The Southern Dark Spot exhibited a poleward drift before its disappearance in 2017. In 2016, an almost identical spot as the Great Dark Spot (GDS) emerged in Neptune's northern hemisphere. This new spot, called the Northern Great Dark Spot (NGDS), has remained visible for several years. It is unknown whether this spot is still present on the planet, as observations using the Hubble telescope are limited. More recently, in 2018, a newer main dark spot and a smaller dark spot were identified and studied. This discovery of the dark spot in Neptune's northern hemisphere was monumental in that it was the first dark spot that the Hubble Telescope was able to document from birth. The storm is much smaller in comparison than the one discovered by NASA's Voyager 2, but was found to be larger in diameter than the Atlantic Ocean at approximately 4,600 miles across. In August 2020, the new Great Dark Spot suddenly stopped its southward motion and reversed direction, contrary to projections that the storm would continue to the equator, where it would have met its likely demise. It is believed that the storms remain stable in the northern hemisphere due to the effect of Coriolis forces. However, as the storms moved towards the equator, the Coriolis forces weakened, causing the storms to dissipate. Around the same time, a smaller "Dark Spot Jr." was found near the larger storm, before disappearing later on. Dark Spot Jr. as the name suggests was smaller than the prior dark spot, only measuring 3,900 miles in diameter. The coincidental appearance of this storm led astronomers to believe that the prior storm's reversal of motion may have been related to the birth of the smaller storm. While the formation of the storms is still under investigation, it had been concluded from observations regarding the Southern Dark Spot (SDS 2015) and Northern Great Dark Spot (NGDS 2018) that their origins are preceded by an increase in cloud activity in the given region 2–3 years prior to becoming visible.