Saturnuksen pohjoisnapainen pyörre ja sitä ympäröivä suihkukulma, kuten NASA: n Cassini-avaruusalus 25. huhtikuuta 2017 näki.
(Kuva: © NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute)
Tutkijat käyttivät suurta pyörivää astiaa Saturnuksen ilmapiirin simuloimiseen, ja he saattoivat olla selvittäneet, kuinka kaasujättiläisen massiiviset polarimyrskyt muuttuvat.
Koska tuulet saavuttavat huikean nopeuden jopa 1 100 mph (1800 km / h) - aurinkokunnassamme vain Neptunus voi olla tuulisempi - ja myrskyttää maan kokoa, Saturnuksen ilmapiiri on kiehtonut tutkijoita siitä lähtien, kun he ovat saaneet siitä ensimmäisen hyvän kuvan NASAn kahden Voyager-avaruusaluksen havaintojen kautta 1980-luvun alkupuolella.
Maanantaina (26. helmikuuta) lehdessä Nature Geoscience julkaistussa lehdessä tutkijaryhmä käytti pyörivää pottia ymmärtämään paremmin Saturnin ilmapiiriä ja ylittämään joitain tavanomaisempien menetelmien, kuten tietokonemallinnuksen, rajoitukset. [Upeita valokuvia: Saturnuksen omituiset kuusikulmaiset pyörremyrskyt]
"Konvektiosta ja pyörreistä tiedetään hyvin vähän kaasu jättiläisten Saturnuksen ja Jupiterin syvässä ilmakehässä", sanoi tutkimuksen johtaja Yakov Afanasjev, merellisen ja ilmakehän kokeellisen nesteiden dynamiikan ja geofysikaalisten virtojen numeerisen mallinnuksen professori Newfoundlandin Memorial Universityssä Kanadassa. . "Nykyinen ymmärryksemme perustuu teorioihin ja varsin ihanteellisiin tietokonesimulaatioihin, jotka eivät vielä lähesty todellisten planeettaympäristöjen parametreja."
Joukkueen 43 tuuman (110 senttimetrin) astia, johon mahtuu useita satoja litroja vettä, lämmitettiin alhaalta jäljittelemään Saturnuksen ilmassa tapahtuvia konvektiivisia prosesseja.
Lämmittimen lämmittämä vesi nousi, kun taas haihdutuksella jäähtynyt pintavesi upposi pohjaa kohti.
"Yritimme tehdä vedestä turbulenttisempaa kuumentamalla sitä ja nähdä kuinka se käyttäytyy pyörivässä säiliössä, mikä simuloi planeetan pyörimistä", Afanasjev sanoi. "Yksikään kokeilu tai asiaan liittyvä tietokonemalli ei voi mallintaa planeetan valtamerta tai ilmakehää niiden kaikessa monimutkaisuudessa. Voimme kuitenkin mallintaa olennaisen dynamiikan."
Afanasjev kertoi, että ryhmän jäsenet eivät olleet täysin varmoja siitä, mitä he näkisivät aloittaessaan kokeen.
"Tutkimuksemme painopiste on muuttunut, kun havaitsimme säiliöissamme useita pieniä, tornadomaisia pyörteitä", hän sanoi. "Pyörteet muistuttavat avaruusalusten Saturnuksen ilmakehässä havaimia."
Afanasjev ja hänen tiiminsä olivat erityisen kiinnostuneita siitä, mikä johtaa voimakkaiden polaarikiertojen luomiseen, jotka sijaitsevat jatkuvien kuusikulmaisten myrskyjen keskellä, jotka tunnetaan NASA: n Cassini-avaruusaluksen ottamista kuvista. Aikaisemmat tutkimukset osoittivat, että nämä kuusikulmaiset myrskyt ovat Saturnuksen suihkun aiheuttamia, Afanasjev sanoi.
Keskeiset hurrikaanimaiset pyörteet ovat kuitenkin olleet hämmentäviä; tutkijat eivät ole varmoja miksi niitä esiintyy pylväillä. Mutta potti-kokeilu ehdotti, että jättiläismäiset polaariset hurrikaanit saattavat olla seurausta useiden pienempien pyörteiden sulautumisesta napa-alueelle.
"Napaan syntyy vahva pyörre, joka tapahtuu pienimuotoisten syklonien sulautumisen seurauksena", tutkijat kirjoittivat lehdessä. "Polaarinen pyörre tunkeutuu aina pohjaan ja muuttaa antisyklonisen kierteen siellä."
Aikaisemmat tutkimukset ehdottivat, että pienempiä sykloneja voi syntyä planeetan muilla alueilla ja ajaa myöhemmin napoja kohti pyörimisen ja painovoiman yhdistelmällä.
"Kokeilumme antoivat meille tämän ajatuksen, mutta emme pystyneet näkemään säiliössämme olevia polaarisia sykloneja", Afanasjev sanoi. "Se johtuu siitä, että voimme mallintaa vain ylösalaisin ilmakehää kokeilumme aikana. Pyörre olisi säiliön alaosassa eikä pinnassa."
Siksi tutkijoiden oli käännettävä "ilmapiiri potissa" ylösalaisin digitaalisesti.
Kahden lähestymistavan - kokeellisen säiliön ja tietokonemallinnuksen - yhdistelmä on paras ratkaisu, koska jokaisella lähestymistavalla yksin on vakavia rajoituksia planeettaympäristön käyttäytymisen simuloinnissa, Afanasjev sanoi.
