Źródło zdjęcia: NASA / JPL
Jeśli wizja Jowisza na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley jest prawidłowa, na następnej dekadzie gigantyczna planeta ulegnie znacznej globalnej zmianie temperatury, ponieważ zniknie większość jej dużych wirów.
Ale fani Great Red Spot mogą spokojnie odpocząć. Najsłynniejszy z wirów Jowisza - które często są porównywane z huraganami na Ziemi - pozostanie na miejscu, głównie ze względu na swoje położenie w pobliżu równika planety, mówi Philip Marcus, profesor na Wydziale Inżynierii Mechanicznej UC Berkeley.
Używając wirów i wirów do porównania, Marcus opiera swoją prognozę na podstawach wyuczonych w dynamice płynów na poziomie młodszym oraz na obserwacji, że wiele wirów Jowisza dosłownie rozpływa się w powietrzu.
„Przewiduję, że ze względu na utratę tych wirów atmosferycznych średnia temperatura na Jowiszu zmieni się nawet o 10 stopni Celsjusza, ogrzewając się w pobliżu równika i chłodząc na biegunach” - mówi Marcus. „Ta globalna zmiana temperatury spowoduje, że strumienie strumieniowe staną się niestabilne, a tym samym pojawią się nowe wiry. To wydarzenie, w którym nawet astronomowie z podwórka będą mogli być świadkami ”.
Według Marcusa, nadchodzące zmiany sygnalizują koniec obecnego 70-letniego cyklu klimatycznego Jowisza. Jego zaskakujące prognozy zostały opublikowane w czasopiśmie Nature z 22 kwietnia.
Burzliwa atmosfera Jowisza ma kilkanaście strumieni odrzutowych, które poruszają się naprzemiennie w kierunku wschodnim i zachodnim i które mogą osiągać prędkości większe niż 330 mil na godzinę. Podobnie jak na Ziemi, wiry na Jowiszu, które obracają się zgodnie z ruchem wskazówek zegara na półkuli północnej, są uważane za antycyklony, podczas gdy wiry przeciwnie do ruchu wskazówek zegara są cyklonami. Odwrotna sytuacja ma miejsce na półkuli południowej, gdzie wiry zgodne z ruchem wskazówek zegara są cyklonami, a pokrętła przeciwnie do ruchu wskazówek zegara to antycyklony.
Wielka Czerwona Plama, zlokalizowana na południowej półkuli, ma tytuł największego antycyklonu Jowisza; Rozciągając się na szerokości 12 500 mil, jest wystarczająco duży, aby pochłonąć Ziemię dwa do trzech razy.
W przeciwieństwie do cyklonicznych burz na Jowiszu, huragany i burze na Ziemi związane są z systemami niskiego ciśnienia i rozpraszają się po dniach lub tygodniach. Dla porównania Wielka Czerwona Plama jest systemem wysokociśnieniowym, który jest stabilny od ponad 300 lat i nie wykazuje oznak spowolnienia.
Około 20 lat temu Marcus opracował model komputerowy pokazujący, jak Wielka Czerwona Plama wyłoniła się i przetrwała w chaotycznych turbulencjach atmosfery Jowisza. Jego wysiłki w celu wyjaśnienia dynamiki rządzącej nią i innymi wirami na Jowiszu doprowadziły do jego bieżącej prognozy zbliżającej się zmiany klimatu na planecie.
Mówi, że obecny 70-letni cykl rozpoczął się od utworzenia trzech wyraźnych antycyklonów - Białych Owali - które rozwinęły się na południe od Wielkiej Czerwonej Plamy w 1939 r. „Narodziny Białych Owali zostały zaobserwowane przez teleskopy na Ziemi”, mówi. „Uważam, że w ciągu najbliższych 10 lat czeka nas podobny prezent”.
Marcus mówi, że pierwszy etap cyklu klimatycznego obejmuje tworzenie ulic wirowych, które biegną wzdłuż strumieni odrzutowych na zachód. Po jednej stronie ulicy tworzą się antycyklony, a po drugiej - cyklony, przy czym żadne wiry nie obracają się w tym samym kierunku, bezpośrednio przylegając do siebie.
Większość wirów powoli rozpada się z turbulencjami. Do drugiego etapu cyklu niektóre wiry stają się na tyle słabe, że od czasu do czasu zostają uwięzione w korytach lub falach Rossby'ego, które tworzą się w strumieniu strumienia. Wiele wirów może zostać złapanych w tym samym korycie. Kiedy to robią, podróżują razem, a turbulencje mogą łatwo doprowadzić do ich połączenia. Kiedy wiry są słabe, wychwytywanie i łączenie trwa do momentu, aż na każdej ulicy wirowej pozostanie tylko jedna para.
Zauważone zniknięcie dwóch Białych Owali, jednego w 1997 lub 1998 r. I drugiego w 2000 r., Stanowiło przykład połączenia wirów w etapie drugim i jako takie zapowiadało „początek końca” obecnego cyklu klimatycznego Jowisza, mówi Marcus.
Dlaczego fuzja wirów miałaby wpływać na globalną temperaturę? Marcus mówi, że stosunkowo jednolita temperatura Jowisza - gdzie temperatury na biegunach są prawie takie same jak na równiku - jest spowodowana chaotycznym mieszaniem ciepła i przepływu powietrza z wirów.
„Jeśli wybijesz cały rząd wirów, przestaniesz mieszać ciepło na tej szerokości geograficznej”, mówi Marcus. „Tworzy to dużą ścianę i zapobiega przenoszeniu ciepła z równika na bieguny.”
Gdy zniknie wystarczająca ilość wirów, atmosfera planety ogrzeje się na równiku i ochłodzi na biegunach nawet o 10 stopni Celsjusza w każdym regionie, który jest trzecim etapem cyklu klimatycznego.
Ta zmiana temperatury destabilizuje strumienie strumieniowe, które zareagują stając się falistymi. Fale spływają i rozpadają się, jak na plaży, ale następnie zawijają się w nowe duże wiry w czwartym etapie cyklu. W piątym i ostatnim etapie cyklu klimatycznego nowe wiry zmniejszają się i osiadają na ulicach wirowych, aby rozpocząć nowy cykl.
Osłabienie wirów wynika z turbulencji i z czasem zachodzi stopniowo. Jak mówi Marcus, nowo powstałe wiry stopniowo zmniejszają się na tyle, aby mogły zostać uwięzione w rynnie odrzutowej.
Na szczęście bliskość Wielkiej Czerwonej Plamy do równika chroni ją przed zniszczeniem. W przeciwieństwie do innych wirów Jowisza, Wielka Czerwona Plama przeżywa, „jedząc” sąsiednie antycyklony, mówi Marcus.
Marcus zauważa, że jego teoria cyklu klimatycznego Jowisza opiera się na istnieniu w przybliżeniu równej liczby cyklonów i antycyklonów na planecie.
Ponieważ znamiennymi oznakami wirów są chmury, które tworzą, łatwo było przeoczyć obecność cyklonów długowiecznych, mówi Marcus. Wyjaśnia, że w przeciwieństwie do wyraźnego miejsca antycyklonu, cyklony tworzą wzory filamentalnych chmur, które są mniej wyraźne.
„Na pierwszy rzut oka łatwo jest sądzić, że Jowisz jest zdominowany przez antycyklony, ponieważ ich wirujące chmury są wyraźnie widoczne jako bull's eyes” - mówi Marcus.
W artykule w Nature Marcus przedstawia symulację komputerową pokazującą, że ciepły środek i chłodniejszy obwód cyklonu tworzy wygląd włókien filamentowych. Natomiast antycyklony mają zimne centra i cieplejsze obwody. Kryształki lodu, które tworzą się w centrum antycyklonu, pęcznieją i przesuwają się na boki, w których się topią, tworząc ciemniejszy wir otaczający jaśniejsze centrum.
Marcus podchodzi do badania atmosfer planet z nietradycyjnego punktu widzenia płynnego dynamisty. „Opieram swoje przewidywania na względnie prostych prawach dynamiki wirów zamiast na dużych ilościach danych lub złożonych modelach atmosferycznych” - mówi Marcus.
Marcus mówi, że lekcją klimatu Jowisza może być to, że niewielkie zakłócenia mogą powodować globalne zmiany. Ostrzega jednak przed stosowaniem tego samego modelu do klimatu Ziemi, na który wpływa wiele różnych czynników, zarówno naturalnych, jak i spowodowanych przez człowieka.
„Mimo to ważne jest, aby mieć różne„ laboratoria ”klimatyczne” - mówi Marcus. „Badanie innych światów pomaga nam lepiej zrozumieć nasz własny, nawet jeśli nie są one bezpośrednio analogiczne”.
Badania Marcusa są wspierane przez granty z programu NASA Origins, National Science Foundation Astronomy and Plasma Physics Programs oraz Los Alamos National Laboratory.
Oryginalne źródło: UC Berkeley News Release
