Attēla kredīts: NASA / JPL
Ja Kalifornijas universitātē, Bērklijā, fiziķa redzējums par Jupiteru ir pareizs, milzu planēta nākamajā desmitgadē atradīsies nozīmīgā temperatūras maiņā, jo izzudīs lielākā daļa tās lielo virpuļu.
Bet Lielās Sarkanās vietas fani var ērti atpūsties. Visslavenākie no Jupitera virpuļiem - kas bieži tiek salīdzināti ar Zemes viesuļvētrām - paliks nolikti, galvenokārt tā atrašanās vietas dēļ netālu no planētas ekvatora, saka Filips Marcuss, UC Berkeley Mašīnbūves katedras profesors.
Izmantojot salīdzinājumus, burbuļvannas un virpuļus, Mārcis savu prognozi pamato ar principiem, kas apgūti junioru līmeņa šķidruma dinamikā, un ar novērojumu, ka daudzi no Jupitera virpotājiem burtiski izzūd līdz gaisam.
"Es prognozēju, ka šo atmosfēras burbuļvannu zaudēšanas dēļ vidējā temperatūra Jupiterā mainīsies pat par 10 grādiem pēc Celsija, kļūstot siltāka netālu no ekvatora un vēsāka pie poliem," saka Markuss. Šīs globālās temperatūras maiņas dēļ strūklas straumes kļūs nestabilas un tādējādi radīs jaunus virpuļus. Tas ir notikums, par kuru būs liecinieki pat piemājas astronomi. ”
Pēc Markusa teiktā, nenovēršamās izmaiņas norāda uz Jupitera pašreizējā 70 gadu klimata cikla beigām. Viņa pārsteidzošās prognozes tiek publicētas žurnāla Nature 22. aprīļa numurā.
Jupitera vētrainajā atmosfērā ir apmēram divpadsmit reaktīvo plūsmu, kas pārvietojas mainīgos virzienos uz austrumiem un rietumiem un kas var sasniegt ātrumu, kas pārsniedz 330 jūdzes stundā. Tāpat kā uz Zemes, Jupitera virpuļi, kas ziemeļu puslodē griežas pulksteņrādītāja virzienā, tiek uzskatīti par anticikloniem, savukārt tie, kas griežas pretēji pulksteņrādītāja virzienam, ir cikloni. Pretējā situācija ir dienvidu puslodē, kur pulksteņa rādītāja virzienā virpuļi ir cikloni, bet vērpšanas virzieni pretēji pulksteņa rādītāja virzienam - anticikloni.
Lielais sarkanais plankums, kas atrodas dienvidu puslodē, iegūst titulu kā Jupitera lielākais anticiklons; Tā platums ir 12 500 jūdzes, un tas ir pietiekami liels, lai Zemei varētu norīt divas līdz trīs reizes.
Atšķirībā no cikloniskajām vētrām Jupiterā, Zemes viesuļvētras un vētras ir saistītas ar zema spiediena sistēmām un izklīst pēc dienām vai nedēļām. Salīdzinājumā ar lielo sarkano plankumu ir augstspiediena sistēma, kas ir bijusi stabila vairāk nekā 300 gadus un neuzrāda nekādas palēnināšanās pazīmes.
Apmēram pirms 20 gadiem Markuss izstrādāja datora modeli, kurā parādīts, kā Lielais sarkanais plankums iznāca no Jupitera atmosfēras haotiskā satricinājuma un pārcieta to. Viņa centieni izskaidrot dinamiku, kas to regulē, un citi virpuļi Jupiterā noveda pie viņa pašreizējās prognozes par planētas gaidāmajām klimata izmaiņām.
Viņš saka, ka pašreizējais 70 gadu cikls sākās ar trīs atšķirīgu anticiklonu - Balto ovālu - veidošanos, kas 1939. gadā attīstījās uz dienvidiem no Lielā Sarkanā plankuma. “Balto ovālu dzimšana bija redzama ar teleskopu palīdzību uz Zemes,” viņš saka. "Es uzskatu, ka nākamo 10 gadu laikā mēs gaidām līdzīgu ārstēšanu."
Markuss saka, ka klimata cikla pirmais posms ir saistīts ar virpuļu ielu veidošanu, kas šķērso rietumu virzienā esošās strūklas. Ielas vienā pusē veidojas anticikloni, bet otrā pusē veidojas cikloni, bez diviem virpuļiem, kas rotētu vienā virzienā tieši blakus viens otram.
Lielākā daļa virpuļu lēnām sadalās ar turbulenci. Cikla otrajā posmā daži virpuļi kļūst pietiekami vāji, lai iesprostotu gadījuma rakstura siļķēs vai Rosbija viļņos, kas veidojas strūklas plūsmā. Vienā un tajā pašā siles vietā var iekļūt vairāki virpuļi. Kad viņi to dara, viņi pārvietojas saišķos kopā, un satricinājums var viegli tos sapludināt. Kad virpuļi ir vāji, slazdošana un apvienošana turpinās, līdz katrā virpuļveida ielā ir palicis tikai viens pāris.
Divu balto ovālu pazušana - viens 1997. vai 1998. gadā un otrs - 2000. gadā uzskatāmi parādīja virpuļu apvienošanu otrajā posmā un tādējādi apzīmēja Jupitera pašreizējā klimata cikla “beigu sākumu”, saka Marcus.
Kāpēc virpuļu apvienošana varētu ietekmēt globālo temperatūru? Markuss saka, ka Jupitera salīdzinoši vienveidīgā temperatūra - kur temperatūra pie stabiem ir gandrīz tāda pati kā pie ekvatora - ir saistīta ar haotisko siltuma un gaisa plūsmas sajaukšanos no virpuļiem.
“Ja izsit veselu virpuļu rindu, jūs pārtraucat visu siltuma sajaukšanu šajā platuma grādos,” saka Markuss. "Tas rada lielu sienu un novērš siltuma pārnešanu no ekvatora uz poliem."
Kad ir aizgājuši pietiekami daudz virpuļu, planētas atmosfēra pie ekvatora sasils un polos atdziest pat par 10 grādiem pēc Celsija katrā reģionā, kas ir klimata cikla trešā pakāpe.
Šīs temperatūras izmaiņas destabilizē strūklas plūsmas, kuras reaģēs, kļūstot viļņveidīgām. Viļņi sašūpojas un izjūk, tāpat kā pludmalē, bet cikla ceturtajā posmā tie atkal iekrīt jaunos lielos virpuļos. Klimata cikla piektajā un pēdējā posmā jauno virpuļu izmēri samazinās, un tie apmetas virpuļveida ielās, lai sāktu jaunu ciklu.
Virpuļu vājināšanās ir saistīta ar turbulenci un laika gaitā notiek pakāpeniski. Aptuveni pusgadsimts prasa, lai jaunizveidotie virpuļi pakāpeniski saruktu pietiekami, lai nonāktu strūklas teknē, saka Markuss.
Par laimi, Lielā Sarkanā plankuma tuvums ekvatoram to glābj no iznīcināšanas. Atšķirībā no citiem Jupitera virpuļiem, lielais sarkanais plankums izdzīvo, “ēdot” savus kaimiņu anticiklonus, saka Markuss.
Markuss atzīmē, ka viņa teorija par Jupitera klimata ciklu balstās uz aptuveni vienādu skaitu ciklonu un anticiklonu uz planētas.
Tā kā virpuļu signalizējošās zīmes ir mākoņi, ko tie rada, bija viegli palaist garām ilgstošu ciklonu klātbūtni, saka Markuss. Viņš skaidro, ka atšķirībā no anticiklona atšķirīgās vietas, cikloni rada mazāk skaidri izteiktus pavedienu mākoņu modeļus.
“Raugoties uz to, ir viegli domāt, ka Jupiterā dominē anticikloni, jo to griešanās mākoņi skaidri parādās kā vērša acis,” saka Markuss.
Dabas rakstā Markuss piedāvā datorsimulāciju, kas parāda, ka ciklona siltais centrs un vēsākais perimetrs rada pavedienu mākoņu izskatu. Pretstatā anticikloniem ir aukstuma centri un siltāks perimetrs. Ledus kristāli, kas veidojas anticiklona centrā, uzbriest un virzās uz pusēm, kur tie kūst, izveidojot tumšāku virpuļu, kas apņem gaišākas krāsas centru.
Markuss pievēršas planētas atmosfēras izpētei no netradicionālā viedokļa - no dinamiska dinamika. "Es savas prognozes balstu uz samērā vienkāršiem virpuļdinamikas likumiem, nevis izmantojot apjomīgus datu apjomus vai sarežģītus atmosfēras modeļus," saka Markuss.
Markuss saka, ka Jupitera klimata mācība varētu būt tāda, ka nelieli traucējumi var izraisīt globālas izmaiņas. Tomēr viņš brīdina neizmantot vienu un to pašu modeli Zemes klimatā, kuru ietekmē daudzi dažādi faktori - gan dabiski, gan cilvēka radīti.
“Joprojām ir svarīgi, lai klimatam būtu dažādas“ laboratorijas ”,” saka Markuss. "Citu pasauļu studēšana palīdz mums labāk izprast savējos, pat ja tie nav tieši analogi."
Markusa pētījumu atbalsta dotācijas no NASA Izcelsmes programmas, Nacionālā zinātnes fonda astronomijas un plazmas fizikas programmām un Los Alamos Nacionālās laboratorijas.
Oriģinālais avots: UC Berkeley News Release
