Кредит за изображение: НАСА / JPL
Ако университетът в Калифорния, Бъркли, физиката на визията на Юпитер за Юпитер е правилна, гигантската планета ще бъде в състояние на голямо глобално изменение на температурата през следващото десетилетие, тъй като повечето от големите й вихри изчезнат.
Но феновете на Голямото червено петно могат да си починат лесно. Най-известният вихър на Юпитер - който често се сравнява с ураганите на Земята - ще остане поставен, до голяма степен заради местоположението му в близост до екватора на планетата, казва Филип Маркъс, професор в катедрата по машиностроене на UC Berkeley.
Използвайки водовъртежи и вихри за сравнение, Маркъс основава прогнозата си на принципи, научени в динамиката на течностите на младши нива и на наблюдението, че много от вихрите на Юпитер буквално изчезват в тънък въздух.
„Прогнозирам, че поради загубата на тези атмосферни водовъртежи средната температура на Юпитер ще се промени с цели 10 градуса по Целзий, като се затопли близо до екватора и по-хладно на полюсите“, казва Маркус. „Това глобално изменение на температурата ще доведе до нестабилност на струйните потоци и по този начин да породи нови вихри. Това е събитие, на което дори астрономите в задния двор ще могат да станат свидетели. "
Според Маркъс, предстоящите промени сигнализират за края на сегашния 70-годишен климатичен цикъл на Юпитер. Неговите изненадващи прогнози са публикувани в броя от 22 април на списание Nature.
Бурната атмосфера на Юпитер има десетина струйни потока, които се движат в редуващи се посоки на изток и запад и това може да достигне скорости, по-големи от 330 мили в час. Както на Земята, вихрите на Юпитер, които се въртят по посока на часовниковата стрелка в северното полукълбо, се считат за антициклони, докато тези, които се въртят обратно на часовниковата стрелка, са циклони. Обратното е в южното полукълбо, където вихрите по часовниковата стрелка са циклони, а въртящите се обратно на часовниковата стрелка са антициклони.
Голямото червено петно, разположено в южното полукълбо, носи титлата като най-големият антициклон на Юпитер; обхващащ 12 500 мили широк, той е достатъчно голям, за да погълне Земята два до три пъти.
За разлика от циклоничните бури на Юпитер, ураганите и бурите на Земята са свързани със системи с ниско налягане и се разсейват след дни или седмици. В сравнение с това Голямото червено петно е система с високо налягане, която е стабилна повече от 300 години и не показва признаци на забавяне.
Преди около 20 години Маркъс разработи компютърен модел, показващ как Голямата червена петна изплува и издържа в хаотичната турбулентност на атмосферата на Юпитер. Неговите усилия да обясни динамиката, която го управлява, и други вихри на Юпитер доведоха до сегашното му прогнозиране на предстоящите климатични промени на планетата.
Той казва, че настоящият 70-годишен цикъл е започнал с образуването на три отделни антициклона - Белите овали, които са се развили на юг от Голямото червено петно през 1939 г. „Раждането на Белите овали е било наблюдавано чрез телескопи на Земята“, казва той. „Вярвам, че ще имаме подобно лечение в следващите 10 години.“
Маркъс казва, че първият етап от климатичния цикъл включва формирането на вихрови улици, които пресичат струйните потоци на запад. Антициклоните се образуват от едната страна на улицата, докато циклоните се образуват от другата страна, без два вихъра, които се въртят в една и съща посока, непосредствено съседни един на друг.
Повечето от вихрите бавно се разпадат с турбулентност. На втори етап от цикъла някои вихри стават достатъчно слаби, за да се хванат в случайни корита или вълни на Росби, които се образуват в струйния поток. Множество вихри могат да се хванат в едно и също корито. Когато го направят, те пътуват групирани заедно и турбуленцията лесно може да ги накара да се слеят. Когато вихрите са слаби, задържането и сливането продължава, докато не остане само една двойка на всяка вихрова улица.
Отбелязаното изчезване на два бели овала, един през 1997 или 1998 г. и втори през 2000 г., дава пример за сливането на вихрите във втория етап и като такъв сигнализира „началото на края“ на сегашния климатичен цикъл на Юпитер, казва Маркус.
Защо сливането на вихри би повлияло на глобалната температура? Маркъс казва, че относително еднаквата температура на Юпитер - където температурите на полюсите са почти същите, каквито са при екватора - се дължи на хаотичното смесване на топлина и въздушен поток от вихрите.
"Ако извадите цял ред вихри, спирате цялото смесване на топлина на тази географска ширина", казва Маркъс. „Това създава голяма стена и предотвратява транспортирането на топлина от екватора до полюсите.“
След като изчезнат достатъчно вихри, атмосферата на планетата ще се затопли в екватора и ще се охлади на полюсите с до 10 градуса по Целзий във всеки регион, което е трети етап от климатичния цикъл.
Тази промяна на температурата дестабилизира струйните потоци, които ще реагират, като станат вълнообразни. Вълните се степват и се разпадат, както правят на плажа, но след това се търкалят в нови големи вихри в четвъртия етап на цикъла. В петия и последен етап от климатичния цикъл новите вихри намаляват по размер и те се заселват на вихровите улици, за да започнат нов цикъл.
Отслабването на вихрите се дължи на турбуленция и се случва постепенно във времето. Отнема около половин век, за да могат новообразуваните вихри постепенно да се свият достатъчно, за да бъдат хванати в коритото на струйния поток, казва Маркъс.
За щастие близостта на Голямото червено петно до екватора го спасява от унищожаване. За разлика от другите вихри на Юпитер, Голямото червено петно оцелява, като "изяжда" съседните си антициклони, казва Маркъс.
Маркъс отбелязва, че теорията му за климатичния цикъл на Юпитер разчита на съществуването на приблизително равен брой циклони и антициклони на планетата.
Тъй като знаковите знаци на вихрите са облаците, които създават, беше лесно да се пропусне присъствието на дълголетни циклони, казва Маркъс. Той обяснява, че за разлика от ясно определеното място на антициклона, циклоните създават модели от нишковидни облаци, които са по-малко ясно дефинирани.
„На фона на това е лесно да се мисли, че Юпитер е доминиран от антициклони, защото техните въртящи се облаци се показват ясно като очите на бика“, казва Маркъс.
В статията на Nature, Маркъс представя компютърна симулация, показваща, че топлия център и по-хладният периметър на циклона създава вид на нишковидните облаци. За разлика от това, антициклоните имат студени центрове и по-топли периметри. Ледените кристали, които се образуват в центъра на антициклона, се надуват и се придвижват към страните, където се стопят, създавайки по-тъмен вихър, обграждащ по-светъл цвят.
Маркъс подхожда към изследването на планетарните атмосфери от нетрадиционната гледна точка на флуидния динамист. „Основам прогнозите си на сравнително прости закони на динамиката на вихъра, вместо да използвам обемни количества данни или сложни атмосферни модели“, казва Маркъс.
Маркъс казва, че поука от климата на Юпитер може да бъде, че малките смущения могат да причинят глобални промени. Той обаче предупреждава да не се прилага един и същ модел в климата на Земята, който се влияе от много различни фактори, както естествени, така и човешки.
„Все пак е важно да има различни„ лаборатории “за климата“, казва Маркъс. „Изучаването на други светове ни помага да разберем по-добре нашите собствени, дори ако те не са пряко аналогични.“
Изследванията на Маркъс се подпомагат от безвъзмездни средства от НАСА Програмата за произход, Националната научна фондация по програми за астрономия и физика на плазмата и Националната лаборатория в Лос Аламос.
Оригинален източник: UC Berkeley News Release
