Северният полярен вихър на Сатурн и заобикалящият го шестоъгълник на реактивен поток, както се вижда от космическия кораб Cassini на НАСА на 25 април 2017 г.
(Изображение: © NASA / JPL-Caltech / Космически научен институт)
Учените използваха голяма въртяща се саксия, за да симулират атмосферата на Сатурн и може би са разбрали как се оформят масивните полярни бури на газовия гигант.
С ветровете, достигащи поразителни скорости до 1100 км / ч. - в нашата Слънчева система, само Нептун може да бъде по-зимен - и щурмува размерите на Земята, атмосферата на Сатурн е очаровала изследователите още от момента, в който са го огледали добре. чрез наблюдения на космическия кораб близнак Вояджър от НАСА в началото на 80-те години.
В документ, публикуван в понеделник (26 февруари) в списанието Nature Geoscience, екип от изследователи използваха въртящия се съд, за да разберат по-добре атмосферата на Сатурн и да преодолеят някои от ограниченията на по-конвенционалните методи, като компютърно моделиране. [Зашеметяващи снимки: Странните шестоъгълни бури на Сатурн]
"Много малко се знае за конвекцията и вихрите в дълбоките атмосфери на газови гиганти Сатурн и Юпитер", казва ръководителят на изследването Яков Афанасиев, професор по експериментална динамика на океанската и атмосферната течност и числено моделиране на геофизичните потоци в Мемориалния университет в Нюфаундленд, Канада , "Сегашното ни разбиране се основава на теории и доста идеализирани компютърни симулации, които все още не се доближават до параметрите на реалните планетарни атмосфери."
43-сантиметровият съд с ширина (110 сантиметра), който побира няколкостотин литра вода, се нагрява отдолу, за да симулира конвективни процеси, протичащи във въздуха на Сатурн.
Водата, загрята от нагревателя, се повиши, докато повърхностната вода, охладена чрез изпаряване, потъна към дъното.
"Опитвахме се да направим водата по-бурна, като я нагряваме и виждаме как се държи в въртящия се резервоар, който симулира въртенето на планетата", каза Афанасиев. "Никой експеримент или компютърен модел по този въпрос не могат да моделират океан или атмосфера на планета при цялата им сложност. Това, което можем да направим, е да моделираме основната динамика."
Афанасиев заяви, че членовете на екипа не са напълно сигурни какво ще видят, когато започнат експеримента.
"Фокусът на нашето проучване се промени, когато наблюдавахме множество малки вихри, подобни на торнадо в резервоара ни", каза той. "Вихрите приличат на тези, наблюдавани от космически кораби в атмосферата на Сатурн."
Афанасиев и неговият екип бяха особено заинтересовани от това, което движи създаването на мощни полярни вихри, разположени в центъра на постоянни шестоъгълни бури, известни от изображения, направени от космическия кораб Касини на НАСА. Предишни изследвания показват, че тези шестоъгълни бури са причинени от реактивен поток на Сатурн, каза Афанасиев.
Централните урагани, подобни на урагани, обаче бяха озадачаващи; изследователите не са сигурни защо се появяват на полюсите. Но експериментът с гърне предполага, че гигантските полярни урагани може да са резултат от множество по-малки вихри, които се сливат в полярния регион.
„Силен вихър се създава на полюса в резултат на сливания на дребномащабни циклони“, пишат изследователите в документа. "Полярният вихър прониква чак до дъното и променя антициклоничната циркулация там."
Предишни изследвания предполагат, че по-малки циклони могат да възникнат в други области на планетата и впоследствие да бъдат насочени към полюсите чрез комбинацията от нейното въртене и гравитация.
"Нашите експерименти ни дадоха тази идея, но не успяхме да видим полярните циклони в резервоара ни", каза Афанасиев. "Това е така, защото можем да моделираме само атмосфера с главата надолу в нашия експеримент. Вихърът ще бъде на дъното на резервоара, а не на повърхността."
Следователно изследователите трябваше да превърнат „атмосферата в саксия“ цифрово.
Комбинацията от двата подхода - експерименталното моделиране на резервоарите и компютърното моделиране - е това, което предлага най-добрите резултати, тъй като всеки подход сам има сериозни ограничения за симулиране на поведението на планетарните атмосфери, каза Афанасиев.
