Saturn je severný polárny vír a okolitý prúdový šesťuholník, ako je vidieť na kozmickej lodi Cassini agentúry NASA 25. apríla 2017.
(Obrázok: © NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute)
Vedci použili veľkú rotačnú nádobu na simuláciu Saturnovej atmosféry a možno prišli na to, ako sa masívne polárne búrky plynu vyvíjajú.
S vetrom dosahujúcim neuveriteľnú rýchlosť až 1 800 km / h (1 800 km / h) - v našej slnečnej sústave môže byť veternejší iba Neptún - a za búrky veľkosti Zeme Saturnova atmosféra fascinuje vedcov od chvíle, keď na ňu dostali prvý dobrý pohľad pozorovaniami kozmickej lode Voyager od NASA začiatkom 80. rokov.
V článku uverejnenom v pondelok (26. februára) v časopise Nature Geoscience použil tím vedcov rotačný hrniec na lepšie pochopenie Saturnovej atmosféry a prekonanie niektorých obmedzení konvenčných metód, ako je počítačové modelovanie. [Ohromujúce fotografie: Saturn's Weird Hexagon Vortex Storms]
„O konvekcii a víroch v hlbokej atmosfére plynných gigantov Saturn a Jupiter je známe len veľmi málo,“ uviedol vedúci štúdie Yakov Afanasyev, profesor experimentálnej dynamiky oceánskych a atmosférických tekutín a numerické modelovanie geofyzikálnych tokov na Memorial University of Newfoundland v Kanade. , „Naše súčasné chápanie je založené na teóriách a dosť idealizovaných počítačových simuláciách, ktoré sa zatiaľ nepribližujú k parametrom skutočnej planétovej atmosféry.“
Tímový 43-palcový široký (110 centimetrov) hrniec, ktorý obsahuje niekoľko stoviek litrov vody, sa zahrieval zdola, aby sa simulovali konvekčné procesy prebiehajúce v Saturnovom vzduchu.
Voda ohrievaná ohrievačom stúpala, zatiaľ čo povrchová voda ochladená odparovaním klesla smerom dolu.
"Snažili sme sa, aby voda bola turbulentnejšia zahrievaním a zistila, ako sa správa v rotujúcej nádrži, ktorá simuluje rotáciu planéty," uviedol Afanasyev. „Žiadny experiment, ani počítačový model, nemôže v tejto komplexnosti komplexne modelovať oceán alebo atmosféru planéty. Čo môžeme urobiť, je modelovať základnú dynamiku.“
Afanasyev povedal, že členovia tímu si neboli úplne istí, čo uvidia, keď začnú experiment.
„Zameranie našej štúdie sa zmenilo, keď sme v našom tanku pozorovali niekoľko malých vírníkov podobných tornádom,“ uviedol. „Vírusy sa podobajú tým, ktoré pozorovali kozmické lode v atmosfére Saturn.“
Afanasyev a jeho tím sa zvlášť zaujímali o to, čo vedie k vytváraniu silných polárnych vírov umiestnených v strede pretrvávajúcich šesťuholníkových búrok známych z obrazov nasnímaných kozmickou loďou Cassini agentúry NASA. Predchádzajúci výskum ukázal, že tieto šesťuholníkové búrky sú spôsobené Saturnovým prúdom, povedal Afanasyev.
Centrálne víry podobné hurikánom však boli zarážajúce; vedci si nie sú istí, prečo sa vyskytujú na póloch. Experiment s kvetináčmi však naznačoval, že obrovské polárne hurikány môžu byť dôsledkom zlúčenia viacerých menších vírov v polárnej oblasti.
„Na póle sa vytvára silný vír, ktorý je výsledkom zlúčenia malých cyklónov,“ píšu vedci. „Polárny vír preniká až na dno a mení tam proticyklonickú cirkuláciu.“
Predchádzajúci výskum naznačil, že menšie cyklóny môžu vzniknúť v iných oblastiach planéty a následne sa môžu vďaka svojej rotácii a gravitácii dostať k pólom.
„Naše experimenty nám dali tento nápad, ale v našom tanku sme neboli schopní vidieť polárne cyklóny,“ uviedol Afanasyev. „Je to preto, že v našom experimente môžeme modelovať iba atmosféru hore nohami. Vír by bol skôr na dne nádrže než na povrchu.“
Vedci preto museli digitálne zmeniť „atmosféru v kvetináči“ hore nohami.
Kombinácia oboch prístupov - experimentálneho tankovania a počítačového modelovania - je tým, čo ponúka najlepšie výsledky, pretože každý prístup sám má vážne obmedzenia na simuláciu správania planétovej atmosféry, uviedol Afanasyev.
