Wir północno-polarny Saturna i otaczający go sześciokąt odrzutowy, widziany przez statek kosmiczny Cassini NASA 25 kwietnia 2017 r.
(Zdjęcie: © NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute)
Naukowcy użyli dużej obrotowej doniczki, aby zasymulować atmosferę Saturna, i mogli dowiedzieć się, jak kształtują się ogromne burze polarne giganta gazowego.
Przy wiatrach osiągających oszałamiające prędkości do 1100 km / h (1800 km / h) - w naszym Układzie Słonecznym tylko Neptun może być wietrzniejszy - i sztormy wielkości Ziemi, atmosfera Saturna fascynuje badaczy, odkąd po raz pierwszy na nią spojrzeli poprzez obserwacje bliźniaczego statku kosmicznego Voyager NASA na początku lat 80.
W artykule opublikowanym w poniedziałek (26 lutego) w czasopiśmie Nature Geoscience zespół naukowców wykorzystał obrotowy pojemnik, aby lepiej zrozumieć atmosferę Saturna i pokonać niektóre ograniczenia bardziej konwencjonalnych metod, takich jak modelowanie komputerowe. [Oszałamiające zdjęcia: dziwne burze wirów sześciokątnych Saturna]
„Niewiele wiadomo na temat konwekcji i wirów w głębokich atmosferach gazowych gigantów Saturna i Jowisza” - powiedział kierownik badania Jakow Afanasiew, profesor eksperymentalnej dynamiki płynów oceanicznych i atmosferycznych oraz modelowania numerycznego przepływów geofizycznych na Uniwersytecie Pamięci w Nowej Funlandii w Kanadzie . „Nasze obecne zrozumienie opiera się na teoriach i dość wyidealizowanych symulacjach komputerowych, które jeszcze nie zbliżają się do parametrów prawdziwych atmosfer planet”.
Garnek zespołu o szerokości 43 cali (110 centymetrów), który mieści kilkaset litrów wody, został podgrzany od dołu, aby zasymulować procesy konwekcyjne zachodzące w powietrzu Saturna.
Woda podgrzana przez grzejnik wzrosła, podczas gdy woda powierzchniowa, która została schłodzona przez parowanie, opadła w kierunku dna.
„Próbowaliśmy sprawić, by woda stała się bardziej burzliwa, ogrzewając ją i obserwując, jak zachowuje się w obracającym się zbiorniku, który symuluje obrót planety”, powiedział Afanasiew. „Żaden eksperyment ani model komputerowy nie może modelować oceanu ani atmosfery planety w całej ich złożoności. Możemy jedynie modelować istotną dynamikę”.
Afanasiew powiedział, że członkowie zespołu nie byli całkowicie pewni, co zobaczą, gdy rozpoczną eksperyment.
„Główny nacisk w naszych badaniach zmienił się, gdy zaobserwowaliśmy w naszym zbiorniku wiele małych wirów podobnych do tornada” - powiedział. „Wiry przypominają wiry obserwowane przez statek kosmiczny w atmosferze Saturna”.
Afanasiew i jego zespół byli szczególnie zainteresowani tym, co napędza tworzenie potężnych wirów polarnych znajdujących się w centrum trwałych heksagonalnych burz znanych z obrazów wykonanych przez statek kosmiczny Cassini NASA. Wcześniejsze badania wykazały, że te sześciokątne burze są spowodowane strumieniem odrzutowym Saturna, powiedział Afanasiew.
Centralne wiry podobne do huraganu są jednak zagadkowe; badacze nie są pewni, dlaczego występują na biegunach. Ale eksperyment w doniczce sugerował, że gigantyczne huragany polarne mogą być wynikiem wielu mniejszych wirów łączących się w regionie polarnym.
„Silny wir powstaje na biegunie w wyniku fuzji małych cyklonów” - napisali naukowcy w artykule. „Wir wirowy przenika aż do dna i zmienia tam cyrkulację antycyklonową”.
Wcześniejsze badania sugerowały, że mniejsze cyklony mogą powstawać w innych obszarach planety, a następnie być kierowane w kierunku biegunów przez połączenie jego rotacji i grawitacji.
„Nasze eksperymenty dały nam ten pomysł, ale nie byliśmy w stanie zobaczyć polarnych cyklonów w naszym zbiorniku” - powiedział Afanasiew. „Jest tak, ponieważ w naszym eksperymencie możemy modelować atmosferę do góry nogami. Wir byłby na dnie zbiornika, a nie na powierzchni”.
Dlatego naukowcy musieli cyfrowo odwrócić „atmosferę w doniczce”.
Połączenie dwóch podejść - eksperymentalnego modelowania czołgów i komputera - jest tym, co oferuje najlepsze wyniki, ponieważ każde z tych podejść ma poważne ograniczenia w symulacji zachowania atmosfer planetarnych, powiedział Afanasiew.
