Saturna ziemeļu polārā virpuļplūsma un apkārt esošais reaktīvās plūsmas sešstūris, kā to redzējis NASA kosmosa kuģis Cassini 2017. gada 25. aprīlī.
(Attēls: © NASA / JPL-Caltech / Kosmosa zinātnes institūts)
Zinātnieki izmantoja lielu rotējošu podu, lai modelētu Saturna atmosfēru, un viņi, iespējams, ir izdomājuši, kā notiek gāzes giganta masīvo polāro vētru veidošanās.
Vējiem sasniedzot satriecošu ātrumu līdz 1100 jūdzēm stundā (1800 km / h) - mūsu Saules sistēmā tikai Neptūns var būt vējaināks - un vētra uz Zemes lieluma, Saturna atmosfēra ir fascinējusi pētniekus kopš brīža, kad viņi to pirmo reizi labi apskatīja. ar NASA dvīņu Voyager kosmosa kuģa novērojumiem 1980. gadu sākumā.
Pirmdien (26. februārī) publicētajā rakstā žurnālā Nature Geoscience pētnieku grupa izmantoja rotējošo podu, lai labāk izprastu Saturna atmosfēru un pārvarētu dažus tradicionālo metožu, piemēram, datormodelēšanas, ierobežojumus. [Apdullināšanas foto: Saturna dīvainā sešstūra virpuļvētru vētras]
"Ļoti maz ir zināms par konvekciju un virpuļiem gāzes gigantu Saturna un Jupitera dziļajā atmosfērā," sacīja pētījuma vadītājs Jakovs Afanasjevs, okeāna un atmosfēras šķidrumu eksperimentālās dinamikas un ģeofizisko plūsmu skaitliskās modelēšanas profesors Ņūfaundlendas Memoriālajā universitātē Kanādā. . "Mūsu pašreizējā izpratne ir balstīta uz teorijām un diezgan idealizētām datoru simulācijām, kas vēl netuvojas reālās planētas atmosfēras parametriem."
Komandas 43 collu platais (110 centimetru) pods, kas satur vairākus simtus litru ūdens, tika uzkarsēts no apakšas, lai simulētu konvektīvos procesus, kas notiek Saturna gaisā.
Sildītāja uzsildītais ūdens cēlās, turpretī virszemes ūdens, kuru atdzesēja iztvaikošana, nogrima apakšā.
"Mēs centāmies padarīt ūdeni turbulentu, to sildot, un redzēt, kā tas uzvedas rotējošajā tvertnē, kas imitē planētas rotāciju," sacīja Afanasjevs. "Neviens eksperiments vai datora modelis šajā jautājumā nevar modelēt planētas okeānu vai atmosfēru visā to sarežģītībā. Tas, ko mēs varam darīt, ir modelēt būtisko dinamiku."
Afanasjevs sacīja, ka komandas locekļi nav pilnīgi pārliecināti, ko viņi redzēs, uzsākot eksperimentu.
"Mūsu pētījuma uzmanības centrā ir mainījies, kad mēs savā tvertnē novērojām vairākus mazus, tornado līdzīgus virpuļus," viņš teica. "Virpuļi atgādina kosmosa kuģu novērotos Saturna atmosfērā."
Afanasjevu un viņa komandu īpaši interesēja tas, kas veicina jaudīgu polāro virpuļu izveidi, kas atrodas noturīgu sešstūru vētru centrā, kas zināmi no NASA kosmosa kuģa Cassini uzņemtajiem attēliem. Iepriekšējie pētījumi parādīja, ka šīs sešstūrainās vētras izraisa Saturna strūklas straume, sacīja Afanasjevs.
Centrālajiem viesuļvētrai līdzīgie virpuļi tomēr ir bijuši neizpratnē; pētnieki nav pārliecināti, kāpēc tie rodas uz poliem. Bet katlu eksperiments liecināja, ka milzu polārās viesuļvētras varētu būt vairāku mazāku virpuļu apvienošanās rezultāts polārajā reģionā.
"Maza mēroga ciklonu apvienošanās rezultātā pie stabiņa tiek izveidots spēcīgs virpuļviesulis," rakstījuši pētnieki. "Polārais virpulis pilnībā iekļūst apakšā un maina anticiklonisko cirkulāciju tur."
Iepriekšējie pētījumi liecināja, ka citos planētas apgabalos var rasties mazāki cikloni, kurus pēc tam rotācijas un smaguma spēks var virzīt polu virzienā.
"Mūsu eksperimenti mums deva šo ideju, bet mēs nevarējām redzēt polārajos ciklonus mūsu tvertnē," sacīja Afanasjevs. "Tas ir tāpēc, ka mēs savā eksperimentā varam modelēt tikai apgrieztu atmosfēru. Virpulis būtu tvertnes apakšā, nevis virspusē."
Tāpēc pētniekiem nācās "atmosfēru katlā" apvērst otrādi.
Labākos rezultātus dod divu pieeju - eksperimentālās tvertnes un datormodelēšanas - apvienojums, jo katrai pieejai atsevišķi ir nopietni ierobežojumi planētas atmosfēras uzvedības modelēšanai, sacīja Afanasjevs.
