A Szaturnusz északi sarkú örvénye és a környező sugárhajtású hatszög, ahogyan a NASA Cassini űrhajója 2017. április 25-én látta.
(Kép: © NASA / JPL-Caltech / Űrtudományi Intézet)
A tudósok egy nagy forgó edényt használtak a Szaturnusz légkörének szimulálására, és talán rájöttek, hogy a gáz óriás hatalmas sarki viharjai hogyan alakulnak ki.
A szél akár 1100 km / h (1800 km / h) sebességig is elérheti - naprendszerünkben csak a Neptunusz lehet szélesebb - és a Föld méretét viharozzák, és a Szaturnusz légköre elbűvölte a kutatókat, mióta az első jó pillantást vettek rá. a NASA iker Voyager űrhajója által az 1980-as évek elején tett megfigyelések révén.
A Nature Geoscience folyóiratban, hétfőn (26. február) közzétett cikkben egy kutatócsoport a forgó edényt használta, hogy jobban megértse a Szaturnusz légkörét, és meghaladja a hagyományosabb módszerek, például a számítógépes modellezés korlátozásait. [Lenyűgöző fotók: a Saturn furcsa hatszögletű örvényviharjai]
"A Saturn és a Jupiter gáz óriások mély légkörében a konvekcióról és az örvényekről nagyon keveset tudunk" - mondta Yakov Afanasjev, a kanadai Newfoundlandi Memorial Egyetem kísérleti óceáni és légköri folyadékdinamikájának és a geofizikai áramlások numerikus modellezésének professzora. . "Jelenlegi megértésünk elméleteken és meglehetősen idealizált számítógépes szimulációkon alapul, amelyek még nem közelítik meg a valódi bolygó légkörének paramétereit."
A csapat 43 hüvelyk (110 centiméter) edényét, amely több száz liter vizet tartalmaz, fentről hevítették, hogy szimulálják a Saturn levegőjében zajló konvektív folyamatokat.
A melegítő által melegített víz felemelkedett, míg a párolgás által lehűtött felszíni víz a fenék felé süllyedt.
"Megpróbáltuk turbulensebbé tenni a vizet a melegítésével, és megnéztük, hogyan viselkedik ez a forgó tartályban, ami szimulálja a bolygó forgását" - mondta Afanasjev. "Semmilyen kísérlet, sem számítógépes modell nem modellezheti a bolygó óceánját vagy légkörét teljes komplexitásukban. Amit megtehetünk, az az alapvető dinamika modellezése."
Afanasjev szerint a csapat tagjai nem voltak teljesen biztosak abban, hogy mit fognak látni a kísérlet megkezdésekor.
"Vizsgálatunk középpontjában megváltozott az a helyzet, amikor több kisebb, tornádó jellegű örvényt megfigyeltünk tartályunkban" - mondta. "Az örvények hasonlítanak az űrhajók által a Saturn atmoszférájában megfigyelt örvényekre."
Afanasjev és csapata különösen érdekelt abban, hogy mi vezérli a NASA Cassini űrhajója által készített képektől ismert, állandó tartós hatszögletű viharok középpontjában elhelyezkedő erős sarki örvények létrehozását. Korábbi kutatások kimutatták, hogy ezeket a hatszögletű viharokat a Szaturnusz sugárhajtású áramlása okozza - mondta Afanasjev.
A központi hurrikánszerű örvények azonban rejtélyesek; A kutatók nem tudják, miért fordulnak elő a pólusokon. A pot-kísérlet azonban azt sugallta, hogy az óriási sarki hurrikánok több kisebb örvény összefonódásának következményei lehetnek a sarki régióban.
"Egy erős örvény jön létre a póluson a kis méretű ciklonok egyesülésének eredményeként" - írta a kutatók a cikkben. "A poláris örvény egészen az aljáig hatol, és megváltoztatja az ottani anticiklikus keringést."
A korábbi kutatások azt sugallták, hogy kisebb ciklonok felmerülhetnek a bolygó más területein, amelyeket forgása és gravitációja követve a pólusok felé vezethet.
"Kísérleteink adták nekünk ezt az ötletet, de nem voltunk képesek látni a poláris ciklonokat a tartályunkban" - mondta Afanasjev. "Ennek oka az, hogy csak a fejjel lefelé fordított légkört tudjuk modellezni. Az örvény a tartály alján, nem pedig a felszínen lenne."
A kutatóknak tehát digitálisan meg kellett fordítaniuk a "légkört egy edényben" fejjel lefelé.
A két megközelítés - a kísérleti tartály és a számítógépes modellezés - kombinációja adja a legjobb eredményt, mivel mindegyik megközelítés önmagában komoly korlátozásokkal bír a bolygóbeli légkör viselkedésének szimulálására - mondta Afanasjev.
