Saturni põhjapolaarne keeris ja seda ümbritsev jet-stream kuusnurk, nagu nägi NASA kosmoselaev Cassini 25. aprillil 2017.
(Pilt: © NASA / JPL-Caltech / Kosmoseteaduse Instituut)
Teadlased kasutasid Saturni atmosfääri simuleerimiseks suurt pöörlevat potti ja nad võisid välja mõelda, kuidas gaasihiiglase massiivsed polaartormid kujunevad.
Kui tuuled jõuavad uskumatule kiirusele kuni 1100 km / h (1800 km / h) - meie päikesesüsteemis võib tuulevaiksem olla vaid Neptuun - ja tormisevad Maa suurus, on Saturni atmosfäär paelunud uurijaid sellest ajast, kui nad selle esimese hea ülevaate said NASA kahekordse Voyageri kosmoselaeva vaatluste kaudu 1980. aastate alguses.
Esmaspäeval (26. veebruaril) ajakirjas Nature Geoscience avaldatud artiklis kasutas teadlaste meeskond pöörlevat potti, et Saturni atmosfääri paremini mõista ja ületada mõned tavapäraste meetodite, näiteks arvutimudelite piirangud. [Uimastamise fotod: Saturni imelike kuusnurga keeristormid]
"Gaasihiiglaste Saturn ja Jupiteri konvektsioonist ja keeristest on väga vähe teada," ütles uuringu juht Yakov Afanasjev, Kanadas Newfoundlandi Memoriaalülikooli Memoriaalülikooli ookeani ja atmosfääri vedelike eksperimentaalse dünaamika ning geofüüsikaliste voogude arvulise modelleerimise professor. . "Meie praegune arusaam põhineb teooriatel ja üsna idealiseeritud arvutisimulatsioonidel, mis ei lähene veel reaalse planeedi atmosfääri parameetritele."
Meeskonna 43-tollise laiusega (110 sentimeetrit) potti, mis mahutab mitusada liitrit vett, kuumutati altpoolt, et simuleerida Saturni õhus toimuvaid konvektiivseid protsesse.
Küttekeha soojendatud vesi tõusis, samas kui aurustumisega jahutatud pinnavesi vajus põhja poole.
"Proovisime vett kuumutades turbulentsemaks muuta ja vaadata, kuidas see pöörlevas paagis käitub, mis simuleerib planeedi pöörlemist," rääkis Afanasjev. "Ükski eksperiment ega arvutimudel ei suuda planeedi ookeani või atmosfääri kogu nende keerukuses modelleerida. Mida me saame teha, on modelleerida oluline dünaamika."
Afanasjev ütles, et meeskonna liikmed ei olnud täiesti kindlad, mida nad eksperimendi alustades näevad.
"Meie uuringu fookus on muutunud, kui me vaatasime oma paagis mitut väikest tornaado-laadset keerist," ütles ta. "Pöörised sarnanevad Saturni atmosfääris kosmoselaevade poolt jälgitavatele pööristele."
Afanasjevit ja tema meeskonda huvitas eriti see, mis ajendab NASA kosmoselaeva Cassini tehtud piltidelt teadaolevate püsivate kuusnurksete tormide keskpunktis asuvate võimsate polaarsete keeriste loomist. Varasemad uuringud näitasid, et neid kuusnurkseid torme põhjustab Saturni joavool, ütles Afanasjev.
Tsentraalsed orkaanilaadsed keerised on aga olnud mõistatuslikud; teadlased pole kindlad, miks need poolustel esinevad. Kuid potieksperiment näitas, et hiiglaslikud polaarorkaanid võivad olla mitme väiksema pöörise tagajärg polaarpiirkonnas.
"Väikesemahuliste tsüklonite ühinemise tulemusel tekib masti juures tugev keeris," kirjutasid teadlased paberil. "Polaarne keeris tungib täielikult põhja ja muudab seal toimivat antitsüklonilist ringlust."
Varasemad uuringud näitasid, et planeedi teistes piirkondades võivad tekkida väiksemad tsüklonid ja neid seejärel pöörlemise ja raskusjõu mõjul suunata pooluste poole.
"Meie katsed andsid meile selle idee, kuid me ei suutnud oma tankis polaarseid tsükloneid näha," ütles Afanasjev. "Selle põhjuseks on asjaolu, et me saame oma katses modelleerida ainult tagurpidi atmosfääri. Keerulisus oleks pigem paagi põhjas kui pinnal."
Seetõttu pidid teadlased "atmosfääri potis" digitaalselt tagurpidi pöörama.
Parima tulemuse annab kahe lähenemisviisi - eksperimentaalse paagi ja arvutimudelite - kombinatsioon, sest igal lähenemisel üksi on planeedi atmosfääri käitumise simuleerimiseks tõsised piirangud, ütles Afanasjev.
