Saturnov sjeverni polarni vrtlog i okolni šesterokut mlaznog toka, što je vidio NASA-in svemirski brod Cassini 25. travnja 2017. godine.
(Slika: © NASA / JPL-Caltech / Sveučilišni institut)
Znanstvenici su koristili veliki rotirajući lonac kako bi simulirali atmosferu Saturna i možda su shvatili kako se oblikuju masivne polarne oluje plinskog diva.
S vjetrovima koji dosežu nevjerojatne brzine do 1800 km / h - u našem Sunčevom sustavu samo Neptun može biti vitlaniji - i oluja veličine Zemlje, Saturnova atmosfera fascinirala je istraživače otkad su je prvi dobro pogledali putem opažanja NASA-inog svemirskog broda Voyager u ranim 80-ima.
U radu objavljenom u ponedjeljak (26. veljače) u časopisu Nature Geoscience, tim istraživača upotrijebio je rotirajući lonac kako bi bolje razumio Saturnovu atmosferu i prevladao neka ograničenja konvencionalnijih metoda, poput računalnog modeliranja. [Zapanjujuće fotografije: Saturnove čudne šesterokutne vrtložne oluje]
"Vrlo se malo zna o konvekciji i vrtlozima u dubokim atmosferama plinskih divova Saturn i Jupiter", rekao je vođa studije Yakov Afanasyev, profesor eksperimentalne dinamike okeanskih i atmosferskih tekućina i numeričkog modeliranja geofizičkih tokova na Memorijalnom sveučilištu u Newfoundlandu u Kanadi , "Naše trenutno razumijevanje temelji se na teorijama i prilično idealiziranim računalnim simulacijama, koje se još ne približavaju parametrima stvarnih planetarnih atmosfera."
Tim lonac širine 110 centimetara (110 centimetara), u kojem se nalazi nekoliko stotina litara vode, grijao se odozdo kako bi simulirao konvektivne procese koji se odvijaju u Saturnovom zraku.
Voda zagrijana grijačem je porasla, dok je površinska voda, ohlađena isparavanjem, potonula prema dnu.
"Pokušali smo učiniti vodu turbulentnijom zagrijavanjem i vidjeti kako se ponaša u rotirajućem spremniku koji simulira rotaciju planeta", rekao je Afanasyev. "Nijedan eksperiment ili računalni model koji se toga tiče ne može modelirati ocean ili atmosferu planeta u svoj svojoj složenosti. Ono što možemo učiniti je modelirati suštinsku dinamiku."
Afanasyev je rekao da članovi tima nisu sasvim sigurni što će vidjeti kad započnu eksperiment.
"Fokus naše studije promijenio se kada smo u našem spremniku primijetili više malih vrtloga koji nalikuju tornadi", rekao je. "Vorteksi nalikuju onima koje su primijetili svemirski brodovi u atmosferi Saturna."
Afanasijeva i njegov tim posebno je zanimalo što pokreće stvaranje snažnih polarnih vrtloga smještenih u središtu upornih šesterokutnih oluja poznatih na snimcima NASA-inog svemirskog broda Cassini. Prethodno istraživanje pokazalo je da su ove šesterokutne oluje uzrokovane Saturnovim mlaznim tokom, rekao je Afanasyev.
Međutim, središnji vrtlozi nalik uraganu bili su zbunjujući; istraživači nisu sigurni zašto se pojavljuju na polovima. Ali pokus sa loncima sugerirao je da bi divovski polarni uragani mogli biti rezultat višestrukih manjih vrtloga koji se spajaju u polarnoj regiji.
"Snažan vrtlog nastaje na polu kao rezultat spajanja ciklona malih razmjera", napisali su u radu istraživači. "Polarni vrtlog prodire sve do dna i tamo mijenja anticiklonsku cirkulaciju."
Prethodna su istraživanja sugerirala da se na drugim područjima planete mogu pojaviti manji cikloni i da ih se nakon vožnje usmjeri prema polovima kombinacijom njegove rotacije i gravitacije.
"Naši eksperimenti dali su nam tu ideju, ali nismo uspjeli vidjeti polarne ciklone u našem spremniku", rekao je Afanasyev. "To je zato što u našem eksperimentu možemo samo modelirati atmosferu naopako. Okretni vrtlog nalazit će se na dnu spremnika, a ne na površini."
Istraživači su stoga morali "digitalnu atmosferu u loncu" okrenuti naopako digitalno.
Kombinacija dva pristupa - eksperimentalnog modeliranja spremnika i računalnog modeliranja - nudi najbolje rezultate, jer svaki pristup sam po sebi ima ozbiljna ograničenja za simuliranje ponašanja planetarnih atmosfera, rekao je Afanasyev.
