Η βόρεια πολική δίνη του Κρόνου και το γύρω εξάγωνο αεριωθούμενου ρεύματος, όπως φαίνεται από το διαστημικό σκάφος Cassini της NASA στις 25 Απριλίου 2017.
(Εικόνα: © NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute)
Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια μεγάλη περιστρεφόμενη κατσαρόλα για να προσομοιώσουν την ατμόσφαιρα του Κρόνου και ίσως έχουν καταλάβει πώς σχηματίζονται οι τεράστιες πολικές καταιγίδες του γίγαντα αερίου.
Με ανέμους που φτάνουν σε εντυπωσιακές ταχύτητες έως και 1.100 mph (1.800 km / h) - στο ηλιακό μας σύστημα, μόνο ο Ποσειδώνας μπορεί να είναι πιο άνεμος - και καταιγίζει το μέγεθος της Γης, η ατμόσφαιρα του Κρόνου έχει γοητεύσει τους ερευνητές από τότε που την έβλεπαν μέσω παρατηρήσεων του δίδυμου διαστημικού σκάφους Voyager της NASA στις αρχές της δεκαετίας του 1980.
Σε μια δημοσίευση που δημοσιεύθηκε τη Δευτέρα (26 Φεβρουαρίου) στο περιοδικό Nature Geoscience, μια ομάδα ερευνητών χρησιμοποίησε το περιστρεφόμενο δοχείο για να κατανοήσει καλύτερα την ατμόσφαιρα του Κρόνου και να ξεπεράσει μερικούς από τους περιορισμούς των πιο συμβατικών μεθόδων, όπως η μοντελοποίηση υπολογιστών. [Εκπληκτικές φωτογραφίες: Οι περίεργες εξάγωνες δίνη του Κρόνου]
«Πολύ λίγα είναι γνωστά για τη μεταφορά και τις στροφές στη βαθιά ατμόσφαιρα των γίγαντων φυσικού αερίου Κρόνου και Δία», δήλωσε ο επικεφαλής της μελέτης Yakov Afanasyev, καθηγητής πειραματικής δυναμικής ωκεανών και ατμοσφαιρικών ρευστών και αριθμητική μοντελοποίηση γεωφυσικών ροών στο Memorial University of Newfoundland, στον Καναδά . "Η τρέχουσα κατανόησή μας βασίζεται σε θεωρίες και αρκετά εξιδανικευμένες προσομοιώσεις υπολογιστών, οι οποίες δεν πλησιάζουν ακόμη τις παραμέτρους των πραγματικών πλανητικών ατμοσφαιρών."
Το δοχείο πλάτους 43 ιντσών (110 εκατοστά), το οποίο περιέχει αρκετές εκατοντάδες λίτρα νερού, θερμάνθηκε από κάτω για να προσομοιώσει τις διαδικασίες μεταφοράς που λαμβάνουν χώρα στον Κρόνο.
Το νερό που θερμαινόταν από τον θερμαντήρα αυξήθηκε, ενώ το επιφανειακό νερό, το οποίο ψύχθηκε με εξάτμιση, βυθίστηκε προς τα κάτω.
"Προσπαθούσαμε να κάνουμε το νερό πιο ταραχώδες, θερμαίνοντάς το και να δούμε πώς συμπεριφέρεται στην περιστρεφόμενη δεξαμενή, η οποία προσομοιώνει την περιστροφή του πλανήτη", δήλωσε ο Afanasyev. "Κανένα πείραμα, ή μοντέλο υπολογιστή για αυτό το θέμα, δεν μπορεί να διαμορφώσει έναν ωκεανό ή ατμόσφαιρα ενός πλανήτη σε όλη την πολυπλοκότητά τους. Αυτό που μπορούμε να κάνουμε είναι να μοντελοποιήσουμε την ουσιαστική δυναμική."
Ο Afanasyev είπε ότι τα μέλη της ομάδας δεν ήταν απόλυτα σίγουρα τι θα έβλεπαν όταν ξεκίνησαν το πείραμα.
"Το επίκεντρο της μελέτης μας έχει αλλάξει όταν παρατηρήσαμε πολλές μικρές, ανεμοστρόβιλες στροβιλισμούς στη δεξαμενή μας", είπε. "Οι στροφές μοιάζουν με εκείνες που παρατηρούνται από το διαστημικό σκάφος στην ατμόσφαιρα του Κρόνου."
Ο Afanasyev και η ομάδα του ενδιαφέρθηκαν ιδιαίτερα για αυτό που οδηγεί στη δημιουργία ισχυρών πολικών στροβίλων που βρίσκονται στο κέντρο των επίμονων εξαγωνικών καταιγίδων που είναι γνωστές από εικόνες που τραβήχτηκαν από το διαστημικό σκάφος Cassini της NASA. Προηγούμενη έρευνα έδειξε ότι αυτές οι εξαγωνικές καταιγίδες προκαλούνται από το ρεύμα του Κρόνου, δήλωσε ο Afanasyev.
Ωστόσο, οι κεντρικές στροβίλες που μοιάζουν με τυφώνα ήταν προβληματικές. Οι ερευνητές δεν είναι σίγουροι γιατί συμβαίνουν στους πόλους. Όμως, το πείραμα του pot έδειξε ότι οι γιγάντιοι πολικοί τυφώνες θα μπορούσαν να είναι αποτέλεσμα πολλών μικρότερων στροβίλων που συγχωνεύονται στην πολική περιοχή.
"Ένας ισχυρός δίνη δημιουργείται στον πόλο ως αποτέλεσμα συγχωνεύσεων κυκλώνων μικρής κλίμακας", έγραψαν οι ερευνητές στο έγγραφο. "Η πολική δίνη διεισδύει μέχρι το κάτω μέρος και μεταβάλλει εκεί την αντικυκλωνική κυκλοφορία."
Προηγούμενη έρευνα έδειξε ότι μικρότεροι κυκλώνες μπορούν να προκύψουν σε άλλες περιοχές του πλανήτη και στη συνέχεια να οδηγούνται προς τους πόλους με το συνδυασμό της περιστροφής και της βαρύτητάς του.
"Τα πειράματά μας μας έδωσαν αυτήν την ιδέα, αλλά δεν μπορούσαμε να δούμε τους πολικούς κυκλώνες στη δεξαμενή μας", δήλωσε ο Afanasyev. "Επειδή μπορούμε να διαμορφώσουμε μόνο μια ανάποδη ατμόσφαιρα στο πείραμά μας. Η δίνη θα ήταν στο κάτω μέρος της δεξαμενής παρά στην επιφάνεια."
Επομένως, οι ερευνητές έπρεπε να ανατρέψουν ψηφιακά την "ατμόσφαιρα σε μια κατσαρόλα".
Ο συνδυασμός των δύο προσεγγίσεων - η πειραματική δεξαμενή και η μοντελοποίηση υπολογιστών - είναι αυτό που προσφέρει τα καλύτερα αποτελέσματα, επειδή κάθε προσέγγιση από μόνη της έχει σοβαρούς περιορισμούς για την προσομοίωση της συμπεριφοράς των πλανητικών ατμοσφαιρών, δήλωσε ο Afanasyev.
