Kuvan luotto: NASA / JPL
Jos Kalifornian yliopiston Berkeleyn fysiikan näkemys Jupiterista on oikea, jättiläinen planeetta tulee olemaan mukana merkittävässä maailmanlaajuisessa lämpötilansiirrossa seuraavan vuosikymmenen aikana, koska suurin osa sen suurista pyörteistä katoaa.
Mutta Great Red Spot -fanit voivat levätä helposti. Kuuluisin Jupiterin pyörteistä - joita usein verrataan maan hurrikaaneihin - pysyy paikoillaan, lähinnä sen sijainnin vuoksi, joka on lähellä planeetan päiväntasaajaa, kertoo UC Berkeleyn konepajateollisuuden professori Philip Marcus.
Vertailemalla poreallas- ja pyörteitä, Marcus perustaa ennusteensa nuoremman tason nestedynamiikassa oppineille rehtorille ja havainnolle, että monet Jupiterin pyörteistä katoavat kirjaimellisesti ohueseen ilmaan.
"Ennustan, että näiden ilmakehän poreallojen menetyksen vuoksi Jupiterin keskilämpötila muuttuu jopa 10 celsiusastetta, lämpimämpi päiväntasaajan lähellä ja kylmempi napoilla", Marcus sanoo. ”Tämä maailmanlaajuinen lämpötilan muutos aiheuttaa suihkuvirrojen epävakauden ja kutee siten uusia pyörteitä. Se on tapahtuma, jonka jopa takapihan tähtitieteilijät voivat todistaa. "
Marcusin mukaan välittömät muutokset merkitsevät Jupiterin nykyisen 70-vuotisen ilmastosyklin päättymistä. Hänen yllättävät ennusteet julkaistaan Nature-lehden 22. huhtikuuta ilmestyvässä lehdessä.
Jupiterin myrskyisä ilmakehässä on kymmenkunta suihkutusvirtaa, jotka kulkevat vuorotellen suuntaan itään ja länteen ja jotka voivat kellonopeuden olla yli 330 mailia tunnissa. Kuten maan päällä, Jupiterin pyörreitä, jotka pyörivät myötäpäivään pohjoisella pallonpuoliskolla, pidetään antisykloneina, kun taas niitä, jotka pyörivät vastapäivään, ovat sykloneja. Päinvastainen tilanne on eteläisellä pallonpuoliskolla, jossa myötäpäivään pyörivät ovat sykloneita ja vastapäivään pyörivät ovat antisykloneja.
Suuri punainen piste, joka sijaitsee eteläisellä pallonpuoliskolla, on Jupiterin suurin antisykloni; 12 500 mailin leveä, se on riittävän suuri nielemään Maata kaksi tai kolme kertaa yli.
Toisin kuin Jupiterin syklonimyrskyt, Maan hurrikaanit ja myrskyt liittyvät matalapainejärjestelmiin ja häviävät päivien tai viikkojen jälkeen. Great Red Spot on verrattuna korkeapainejärjestelmä, joka on ollut vakaa yli 300 vuotta, eikä siinä ole merkkejä hidastumisesta.
Noin 20 vuotta sitten Marcus kehitti tietokonemallin, joka osoittaa, kuinka suuri punainen piste tuli esiin ja selviytyi Jupiterin ilmapiirin kaoottisessa turbulenssissa. Hänen pyrkimykset selittää sitä ohjaavaa dynamiikkaa ja muita Jupiterin pyörteitä johtivat hänen nykyiseen ennusteeseensa planeetan uhkaavasta ilmastomuutoksesta.
Hänen mukaansa nykyinen 70-vuotinen sykli alkoi kolmen erillisen antisyklonin - Valkoisten Ovaalien - muodostumisella, jotka kehittyivät Suuren Punaisen Pisteen eteläpuolella vuonna 1939. ”Valkoisten soikeiden synty syntyi maan kaukoputkien kautta”, hän sanoo. "Uskon, että olemme tekemässä vastaavaa hoitoa seuraavien 10 vuoden aikana."
Marcusin mukaan ilmastosyklin ensimmäiseen vaiheeseen kuuluu pyörrekatujen muodostuminen, jotka kulkevat länsisuuntaisia suihkuputkia pitkin. Antisyklonit muodostuvat kadun toiselle puolelle, kun taas syklonit muodostuvat toiselle puolelle, ilman että kaksi pyörrettä pyörii samaan suuntaan suoraan vierekkäin.
Suurin osa pyörteistä rappeutuu hitaasti turbulenssin myötä. Syklin toisessa vaiheessa jotkut vorteet tulevat riittävän heikoiksi jäädäkseen juuttuneiksi suihkussa muodostuviin satunnaisiin kouruihin tai Rossby-aaltoihin. Useat pyörteet voivat tarttua samaan kouruun. Kun he tekevät, ne kulkevat niputettuina yhteen, ja turbulenssi voi helposti saada ne sulautumaan. Kun pyörteet ovat heikot, ansastusta ja yhdistämistä jatketaan, kunnes jokaisesta pyörrekatuja on jäljellä vain yksi pari.
Kahden valkoisen ovaalin, yhden, vuonna 1997 tai 1998 ja toisen, havaittu katoaminen, esimerkki vorteksien sulautumisesta toiseen vaiheeseen, ja merkitsi sellaisenaan Jupiterin nykyisen ilmastosyklin "lopun alkua", Marcus sanoo.
Miksi pyörteiden sulautuminen vaikuttaisi maailman lämpötilaan? Marcus sanoo, että Jupiterin suhteellisen tasainen lämpötila - jossa pylväiden lämpötilat ovat melkein samat kuin päiväntasaajalla - johtuu pyörteistä tapahtuvan lämmön ja ilman virtauksen kaoottisesta sekoittumisesta.
"Jos lyöt kokonaisen rivin, pysäytät kaiken lämmön sekoittumisen tuolla leveysasteella", Marcus sanoo. "Tämä luo suuren seinän ja estää lämmön kulkeutumisen päiväntasaajasta napoihin."
Kun tarpeeksi pyörteitä on poistettu, planeetan ilmapiiri lämpenee päiväntasaajan kohdalla ja jäähtyy napojen kohdalla jopa 10 celsiusastetta jokaisella alueella, mikä on ilmastosyklin kolmas vaihe.
Tämä lämpötilan muutos destabiloi suihkuvirrat, jotka reagoivat tulemalla aaltoileviksi. Aallot jyrkistyvät ja hajoavat kuten rannallakin, mutta ne rullataan sitten uusiin suuriin pyörteisiin syklin neljännessä vaiheessa. Ilmasyklin viidennessä ja viimeisessä vaiheessa uusien pyörteiden koko pienenee ja ne asettuvat pyörrekatuille aloittamaan uuden syklin.
Pyörteiden heikentyminen johtuu turbulenssista ja tapahtuu asteittain ajan myötä. Uusien muotoiltujen pyörteiden kutistuminen asteittain kestää noin puoli vuosisataa niin paljon, että ne ovat kiinni suihkuputken läpi, Marcus sanoo.
Onneksi Ison Punaisen Spotin läheisyys päiväntasaajaan pelastaa sen tuhoutumiselta. Toisin kuin Jupiterin muut pyörteet, Suuri Punainen Spot selviää "syömällä" naapurimaiden antisykloneja, Marcus sanoo.
Marcus toteaa, että hänen teoksensa Jupiterin ilmastosyklistä perustuu suunnilleen yhtä monen syklonien ja antisyklonien olemassaoloon planeetalla.
Koska pyörteiden ilmaisimet ovat niiden tuottamia pilviä, oli helppo unohtaa pitkäikäisten syklonien esiintyminen, Marcus sanoo. Hän selittää, että toisin kuin antisyklonin erillinen piste, syklonit luovat hehkulan pilviä, jotka ovat vähemmän selvästi määriteltyjä.
"Sen edessä on helppo ajatella, että Jupiteria hallitsevat antisyklonit, koska niiden pyörivät pilvet näkyvät selvästi härän silmin", Marcus sanoo.
Luonnon lehdessä Marcus esittelee tietokoneen simulaation, joka osoittaa, että syklonin lämmin keskusta ja viileämpi kehä luovat säikeiden pilvien. Sitä vastoin antisykloneilla on kylmäkeskukset ja lämpimät kehät. Antisyklonin keskustassa muodostuvat jääkiteet turpoavat ylös ja siirtyvät sivuille, joissa ne sulavat, jolloin tummempi pyörre ympäröi vaaleamman väristä keskustaa.
Marcus lähestyy planeettaympäristön tutkimusta fluididynamiikan epätavallisesta näkökulmasta. "Perustan ennusteeni suhteellisen yksinkertaisiin pyörteiden dynamiikkalakeihin sen sijaan, että käyttäisin suuria määriä tietoja tai monimutkaisia ilmakehän malleja", Marcus sanoo.
Marcus sanoo, että Jupiterin ilmasto-opetus voisi olla, että pienet häiriöt voivat aiheuttaa globaaleja muutoksia. Hän kuitenkin varoittaa soveltamasta samaa mallia maan ilmastoon, johon vaikuttavat monet eri tekijät, sekä luonnolliset että ihmisen aiheuttamat.
"Silti on tärkeää, että meillä on erilaisia" laboratorioita "ilmastolle", Marcus sanoo. "Muiden maailmojen opiskelu auttaa meitä ymmärtämään paremmin omaa, vaikka ne eivät olisikaan vastaavia."
Marcusin tutkimusta tuetaan NASA Origins -ohjelman, Kansallisen tiedesäätiön tähtitieteen ja plasmafysiikan ohjelmien ja Los Alamosin kansallisen laboratorion apurahoilla.
Alkuperäinen lähde: UC Berkeley -lehdistötiedote
