Kép jóváírása: NASA / JPL
Ha a kaliforniai egyetemi egyetemen (Berkeley) a fizikus Jupiterről alkotott elképzelése helyes, akkor az óriásbolygó a következő évtizedben jelentős globális hőmérsékleti változást fog elérni, mivel nagy örvényeinek többsége eltűnik.
A Great Red Spot rajongói azonban egyszerűen pihenhetnek. A Jupiter örvényei közül a leghíresebb - amelyeket gyakran hasonlítanak a Föld hurrikánjaihoz - továbbra is felfüggesztve maradnak, nagyrészt annak miatt, hogy a bolygó egyenlítője közelében helyezkedik el - mondta Philip Marcus, az UC Berkeley Gépészmérnöki Tanszékének professzora.
Örvényforrásokat és örvényeket használva összehasonlításra, Marcus előrejelzését a junior szintű folyadékdinamikában megtanult igazgatókra alapozza, és arra a megfigyelésre, hogy sok Jupiter örvény szó szerint eltűnik a levegőben.
"Azt jósolom, hogy ezeknek a légköri pezsgőfürdőknek az elvesztése miatt a Jupiter átlagos hőmérséklete 10 Celsius fokkal megváltozik, melegebb lesz az Egyenlítő közelében, és a sarkoknál hűvösebb lesz" - mondja Marcus. „Ez a globális hőmérséklet-változás a sugárfolyamok instabilitását eredményezi, és ezzel új örvényeket hoz létre. Ez egy esemény, amelynek még a háztáji csillagászok is tanúi lehetnek. "
Marcus szerint a küszöbön álló változások jelzik Jupiter jelenlegi 70 éves éghajlati ciklusának végét. Meglepő előrejelzéseit a Nature folyóirat április 22-i számában teszik közzé.
A Jupiter viharos atmoszférájában tucatnyi sugárfolyam folyik, amelyek keleti és nyugati váltakozó irányban haladnak, és óránkénti sebességnél több, mint 330 mérföld lehet. Mint a Földön, a Jupiter örvényei, amelyek az északi féltekén óramutató járásával megegyezően forognak, anticiklonoknak tekinthetők, míg azok, amelyek az óramutató járásával ellentétes irányban forognak, ciklonok. Ellenkezőleg igaz a déli féltekén, ahol az óramutató járásával megegyező irányban az örvények ciklonok, az óramutató járásával ellentétes irányban pedig anticiklonok.
A déli féltekén található Nagy Vörös Spot Jupiter legnagyobb anticiklonja; A 12 500 mérföldes szélessége elég nagy ahhoz, hogy két-háromszor át tudja nyelni a Földet.
A Jupiter ciklikus viharokkal ellentétben a Föld hurrikánjai és viharai alacsony nyomású rendszerekhez kapcsolódnak, és napok vagy hetek után eloszlanak. A Great Red Spot összehasonlítva egy nagynyomású rendszer, amely több mint 300 éve stabil, és nem mutat lassulás jeleit.
Körülbelül 20 évvel ezelőtt Marcus kifejlesztett egy számítógépes modellt, amely megmutatta, hogyan alakult ki a Nagy Vörös Spot és a Jupiter légkörének kaotikus zavara. Erre irányuló erőfeszítései, hogy megmagyarázza az azt irányító dinamikát, és a Jupiter más örvényeit, vezette a jelenlegi előrejelzését a bolygó küszöbön álló éghajlatváltozásáról.
Azt mondja, hogy a jelenlegi 70 éves ciklus három különálló anticiklon - a Fehér Oválisok - kialakulásával kezdődött, amelyek 1939-ben a Nagy Vörös Foltotól délre fejlődtek ki. „A Fehér Oválisok születését a Föld távcsövein keresztül lehetett látni” - mondja. "Úgy gondolom, hogy hasonló elbánásra várunk a következő 10 évben."
Marcus szerint az éghajlati ciklus első szakasza olyan örvényutcák kialakítását foglalja magában, amelyek átnyúlnak a nyugati sugárfolyamokon. Anticiklonok alakulnak ki az utca egyik oldalán, míg ciklonok a másik oldalon, anélkül, hogy két örvény fordulna ugyanabba az irányba, közvetlenül egymás mellett.
A legtöbb örvény lassan turbulenciával romlik. A ciklus második szakaszában néhány örvény elég gyengevé válik, hogy becsapódjon az esetleges vályúkba, vagy a Rossby hullámaiba, amelyek a sugárfolyamban képződnek. Több örvény is beragadhat ugyanabba az üregbe. Amikor megteszik, összefüggenek egymással, és a turbulencia könnyen összeolvadhat. Ha az örvények gyenge, a csapdázás és az összeolvadás addig folytatódik, amíg csak egyetlen pár marad hátra az örvény utcán.
Két fehér ovális - az egyik 1997-ben vagy 1998-ban és a második - 2000-ben történt eltűnése példája volt az örvények egyesítésének a második szakaszban, és mint ilyen, jelezte a Jupiter jelenlegi éghajlati ciklusának „a vége kezdetét” - mondja Marcus.
Miért befolyásolhatja az örvények egyesülése a globális hőmérsékletet? Marcus szerint a Jupiter viszonylag egyenletes hőmérséklete - ahol a pólusok hőmérséklete közel azonos, mint az Egyenlítőnél - annak az örvények hő és légáramának kaotikus keverése eredménye.
"Ha egy egész sor örvényt kienged, akkor abbahagyja a hőkeverést abban a szélességben" - mondja Marcus. "Ez nagy falat hoz létre és megakadályozza a hő szállítását az Egyenlítőn a pólusok felé."
Amint elegendő örvény eltűnik, a bolygó légköre az Egyenlítőn melegszik, és a sarkokon hűti az egyes régiókban 10 Celsius fokot, ami az éghajlati ciklus harmadik fázisa.
Ez a hőmérséklet-változás destabilizálja a sugárfolyamokat, amelyek hullámossá válnak. A hullámok meredekednek és szétesnek, akárcsak a tengerparton, de a ciklus negyedik szakaszában új, nagy örvényekbe gördülnek fel. Az éghajlati ciklus ötödik és utolsó szakaszában az új örvények mérete csökken, és az örvény utcáira települnek, hogy új ciklust kezdjenek.
Az örvények gyengülése turbulencia következménye, és idővel fokozatosan történik. Körülbelül fél évszázad szükséges ahhoz, hogy az újonnan kialakított örvények fokozatosan leesjenek ahhoz, hogy beleakadjanak a sugárhajtóműbe - mondja Marcus.
Szerencsére a Nagy Vörös Spot az Egyenlítőhöz való közelsége megmenti azt a pusztulástól. A Jupiter más örvényeivel ellentétben a Nagy Vörös Spot túlél a szomszédos anticiklonok „evésével”, mondja Marcus.
Marcus megjegyzi, hogy Jupiter klímaciklusának elmélete körülbelül azonos számú ciklon és anticiklon létezésén alapszik a bolygón.
Mivel az örvények villogó jelei az általuk létrehozott felhők, könnyű volt elhagyni a hosszú életű ciklonok jelenlétét - mondja Marcus. Elmagyarázza, hogy az anticiklon különálló pontjával ellentétben a ciklonok a rostos felhők mintázatait kevésbé egyértelműen definiálják.
"Ennek fényében könnyű azt gondolni, hogy Jupiterben anticiklonok uralkodnak, mert forgó felhőik egyértelműen bika szemét mutatják" - mondja Marcus.
A Nature című cikkben Marcus egy számítógépes szimulációt mutat be, amely megmutatja, hogy a ciklon meleg középpontja és hűvösebb kerülete megteremti a rostos felhők megjelenését. Ezzel szemben az anticiklonok hideg központokkal és melegebb kerületekkel rendelkeznek. Az anticiklon központjában képződött jégkristályok felduzzadnak és oldalra tolódnak, ahol megolvadnak, és egy sötétebb örvényt hoznak létre egy világosabb színű központ körül.
Marcus a bolygó atmoszférájának vizsgálatához közeledik a folyadékdinamikus szokatlan szempontjából. "Jóslataimat az örvény dinamikájának viszonylag egyszerű törvényeire alapozom, ahelyett, hogy nagy mennyiségű adatot vagy összetett légköri modelleket használnék" - mondja Marcus.
Marcus szerint a Jupiter éghajlatának leckéje az lehet, hogy a kis zavarok globális változásokat okozhatnak. Figyelembe veszi ugyanakkor, hogy ugyanazt a modellt ne alkalmazzák a Föld éghajlatára, amelyet számos különféle tényező befolyásol - mind a természetes, mind az ember által létrehozott tényezők.
"Mégis fontos, hogy különböző éghajlati laboratóriumok legyenek" - mondja Marcus. "Más világok tanulmányozása segít jobban megérteni a sajátunkat, még akkor is, ha azok nem közvetlenül analógok."
Marcus kutatásait a NASA Origins Program, a Nemzeti Tudományos Alapítvány Csillagászati és Plazmafizikai Programjai, valamint a Los Alamos Nemzeti Laboratórium támogatja.
Eredeti forrás: UC Berkeley sajtóközlemény
