Saturnov severni polarni vrtinec in okoli šesterokotnika jet-toka, kot ga je videla Nasina vesoljska ladja Cassini 25. aprila 2017.
(Slika: © NASA / JPL-Caltech / Vesoljski inštitut)
Znanstveniki so uporabili velik vrteči se lonec za simulacijo Saturnovega ozračja in morda so ugotovili, kako se oblikujejo ogromne polarne nevihte plinskega velikana.
Z vetrovi, ki dosegajo osupljive hitrosti do 1.100 km / h (1.800 km / h) - v našem osončju je samo Neptun lahko pozoren - in vihrajo velikost Zemlje, je Saturnovo vzdušje očaralo raziskovalce že odkar so ga prvi dobro pogledali prek opazovanj Nasinega vesoljskega plovila Voyager v začetku osemdesetih let.
V članku, objavljenem v ponedeljek (26. februarja) v reviji Nature Geoscience, je skupina raziskovalcev z vrtečim se loncem bolje razumela Saturnovo atmosfero in premagala nekatere omejitve običajnejših metod, kot je računalniško modeliranje. [Osupljive fotografije: čudne šesterokotne vrtine Saturna]
"O konvekciji in vrtincih v globoki atmosferi plinskih velikanov Saturn in Jupiter je znano zelo malo," je dejal vodja študije Yakov Afanasyev, profesor eksperimentalne dinamike oceanske in atmosferske tekočine ter numeričnega modeliranja geofizičnih tokov na Memorial University of Newfoundland, v Kanadi . "Naše trenutno razumevanje temelji na teorijah in precej idealiziranih računalniških simulacijah, ki se še ne približajo parametrom realne planetarne atmosfere."
43-palčni (110 centimetrski) lonec, ki hrani več sto litrov vode, je bil ogrevan od spodaj, da simulira konvektivne procese, ki potekajo v Saturnovem zraku.
Voda, ki jo je ogreval grelec, se je dvignila, medtem ko je površinska voda, ohlajena z izhlapevanjem, potonila proti dnu.
"Poskušali smo vodo narediti bolj burno, tako da smo jo segrevali in videli, kako se obnaša v vrtljivem rezervoarju, ki simulira vrtenje planeta," je dejal Afanasijev. "Noben poskus ali računalniški model v tej zadevi ne more modelirati oceana ali ozračja planeta v vsej svoji kompleksnosti. Kar lahko naredimo, je modeliranje bistvene dinamike."
Afanasijev je dejal, da člani skupine niso povsem prepričani, kaj bodo videli, ko bodo začeli poskus.
"Fokus naše raziskave se je spremenil, ko smo v svojem rezervoarju opazili več majhnih vrtinčkov, podobnih tornadu," je dejal. "Vorteksi so podobni tistim, ki jih opažajo vesoljska plovila v ozračju Saturna."
Afanasijeva in njegovo ekipo je še posebej zanimalo, kaj poganja ustvarjanje močnih polarnih vrtincev, ki se nahajajo v središču trdovratnih šesterokotnih neviht, znanih na posnetkih, ki so jih posneli NASA-in vesoljski plovili Cassini. Prejšnje raziskave so pokazale, da te šestkotne nevihte povzroča Saturnov curek, je dejal Afanasyev.
Kljub temu so bili osrednji orkani vrtinci zmedeni; raziskovalci niso prepričani, zakaj se pojavijo na drogovih. Toda poskus z lonci je nakazal, da so lahko velikanski polarni orkani posledica več manjših vrtincev, ki se združijo v polarnem območju.
"Na polu je ustvarjen močan vrtinec, ki je posledica združitve majhnih ciklonov," so v prispevku zapisali raziskovalci. "Polarni vrtinec prodira vse do dna in tam spremeni anticiklonsko cirkulacijo."
Prejšnje raziskave kažejo, da se lahko na drugih območjih planeta pojavijo manjši cikloni in jih nato s pomočjo vrtenja in gravitacije usmerijo proti polovam.
"Naši poskusi so nam dali to idejo, vendar polarnih ciklonov nismo mogli videti v našem rezervoarju," je dejal Afanasyev. "Zato, ker lahko v našem poskusu modeliramo samo atmosfero navzgor, vrtinec pa bi bil na dnu rezervoarja in ne na površini."
Raziskovalci so morali zato "atmosfero v loncu" digitalno obrniti na glavo.
Kombinacija obeh pristopov - eksperimentalnega modeliranja rezervoarjev in računalniškega modeliranja - je tisto, kar ponuja najboljše rezultate, saj ima vsak pristop resne omejitve za simuliranje obnašanja planetarnih atmosfer, je dejal Afanasyev.
