Північний полярний вихор Сатурна та навколишній шестикутник реактивного потоку, як це було показано космічним кораблем Cassini NASA 25 квітня 2017 року.
(Зображення: © NASA / JPL-Caltech / Інститут космічних наук)
Вчені використовували великий обертовий горщик для імітації атмосфери Сатурна, і, можливо, вони з'ясували, як формуються масивні полярні бурі газового гіганта.
Коли вітри досягають приголомшливих швидкостей до 1800 км / год. - у нашій Сонячній системі тільки Нептун може бути вітром - і штурмує розміри Землі, атмосфера Сатурна зачаровує дослідників ще з тих пір, коли вони отримали перший хороший погляд на це за допомогою спостережень космічного корабля-близнюка NASA Voyager на початку 1980-х.
У праці, опублікованій у понеділок (26 лютого) у журналі Nature Geoscience, група дослідників використовувала обертовий горщик, щоб краще зрозуміти атмосферу Сатурна та подолати деякі обмеження більш звичайних методів, таких як комп'ютерне моделювання. [Приголомшливі фотографії: дивні вихрові бурі Сатурна]
"Про конвекцію та вихори у глибоких атмосферах газових гігантів Сатурна та Юпітера відомо дуже мало", - сказав керівник дослідження Яків Афанасьєв, професор експериментальної динаміки океанічної та атмосферної рідини та чисельного моделювання геофізичних потоків в Меморіальному університеті Ньюфаундленда, Канада . "Наше сучасне розуміння базується на теоріях та досить ідеалізованих комп'ютерних моделюваннях, які ще не наближаються до параметрів реальної планетарної атмосфери".
43-дюймовий (110 сантиметровий) горщик команди, який вміщує кілька сотень літрів води, нагрівався знизу, щоб імітувати конвективні процеси, що відбуваються у повітрі Сатурна.
Вода, нагріта нагрівачем, піднялася, тоді як поверхнева вода, охолоджена випаровуванням, опустилася на дно.
"Ми намагалися зробити воду більш бурхливою, нагріваючи її і бачимо, як вона поводиться в обертовому резервуарі, який імітує обертання планети", - сказав Афанасьєв. "Жоден експеримент чи комп'ютерна модель з цього питання не може моделювати океан чи атмосферу планети у всій їх складності. Що ми можемо зробити, це моделювати істотну динаміку".
Афанасьєв сказав, що члени команди не зовсім впевнені, що побачать, коли розпочнуть експеримент.
"Фокус нашого дослідження змінився, коли ми спостерігали багато маленьких вихорів, схожих на торнадо в нашому резервуарі", - сказав він. "Вихри нагадують спостереження космічних кораблів в атмосфері Сатурна".
Афанасьєв та його команда були особливо зацікавлені у тому, що зумовлює створення потужних полярних вихорів, розташованих у центрі стійких шестикутних бур, відомих із зображень, зроблених космічним кораблем Cassini NASA. Попередні дослідження показали, що ці гексагональні бурі спричинені реактивним потоком Сатурна, сказав Афанасьєв.
Однак центральні вихори, схожі на ураган, були спантеличуючими; дослідники не впевнені, чому вони виникають на полюсах. Але експеримент з горщиком припустив, що гігантські полярні урагани можуть бути результатом численних менших вихорів, що зливаються в полярній області.
"Сильний вихор створюється на полюсі в результаті злиття дрібномасштабних циклонів", - написали дослідники у статті. "Полярний вихор проникає аж до дна і змінює там антициклонічну циркуляцію".
Попередні дослідження припускали, що менші циклони можуть виникати в інших областях планети і згодом рухатись до полюсів шляхом поєднання її обертання та сили тяжіння.
"Наші експерименти дали нам цю ідею, але нам не вдалося побачити полярні циклони в нашому танку", - сказав Афанасьєв. "Це тому, що ми можемо моделювати атмосферу перевернутої сторони в нашому експерименті. Вихровий шар був би на дні танка, а не на поверхні".
Тому дослідникам довелося цифровим чином перевернути "атмосферу в горщику" догори ногами.
Афанасьєв сказав, що поєднання двох підходів - експериментального моделювання резервуарів та комп'ютерного моделювання - дає найкращі результати, оскільки кожен підхід має серйозні обмеження для імітації поведінки планетарних атмосфер.
