Кредит зображення: NASA / JPL
Якщо Каліфорнійський університет, Берклі, бачення фізика Юпітера є правильним, планета-гігант буде наступним десятиліттям у великому глобальному температурному зміні, коли більшість його великих вихорів зникне.
Але шанувальники Великої Червоної плями можуть спокійно відпочити. Найвідоміший з вихорів Юпітера - який часто порівнюють із ураганами Землі - залишатиметься в значній мірі через його розташування поблизу екватора планети, - каже Філіп Маркус, професор кафедри машинобудування УК Берклі.
Використовуючи джакузі та вихри для порівняння, Маркус базує свій прогноз на принципах, вивчених у динаміці рідини середнього рівня та на спостереженні, що багато вихорів Юпітера буквально зникають у повітря.
"Я прогнозую, що через втрату цих атмосферних басейнів середня температура на Юпітері зміниться на цілих 10 градусів за Цельсієм, стає тепліше біля екватора і прохолодніше на полюсах", - каже Маркус. «Цей глобальний перепад температури призведе до того, що струмінні потоки стануть нестабільними і тим самим породжують нові вихори. Це навіть подія, коли навіть астрономи на задньому дворі зможуть стати свідками ».
За словами Маркуса, найближчі зміни сигналізують про закінчення нинішнього 70-річного кліматичного циклу Юпітера. Його дивовижні прогнози опубліковані у випуску 22 квітня журналу Nature.
У бурхливій атмосфері Юпітера є десяток струменевих струмків, які рухаються в змінних напрямках сходу і заходу, і вони можуть тактову швидкість перевищувати 330 миль на годину. Як і на Землі, вихори на Юпітері, що обертаються за годинниковою стрілкою у північній півкулі, вважаються антициклонами, тоді як ті, що крутяться проти годинникової стрілки, - циклонами. Навпаки - у південній півкулі, де вихри за годинниковою стрілкою - це циклони, а прядильники проти годинникової стрілки - антициклони.
Велика Червона пляма, розташована в південній півкулі, посідає титул як найбільший антициклон Юпітера; що охоплює 12 500 миль в ширину, він досить великий, щоб проковтнути Землю в два-три рази.
На відміну від циклонічних штормів на Юпітері, урагани та бурі Землі пов'язані із системами низького тиску і розсіюються через дні чи тижні. У порівнянні з цим, Велика Червона пляма - це система високого тиску, яка є стабільною протягом більше 300 років і не виявляє ознак уповільнення.
Близько 20 років тому Маркус розробив комп’ютерну модель, яка показала, як Велика Червона пляма виникла і витримала в хаотичній турбулентності атмосфери Юпітера. Його зусилля пояснити динаміку, що керує нею, та інші вихори на Юпітері призвели до його поточного прогнозу насущних змін клімату на планеті.
Він каже, що нинішній 70-річний цикл розпочався з утворення трьох чітко виражених антициклонів - Білого Овалу, що розвинувся на південь від Великої Червоної плями в 1939 році. "Я вважаю, що ми будемо за подібне лікування протягом найближчих 10 років".
Маркус каже, що перший етап кліматичного циклу передбачає утворення вихрових вулиць, що пронизують струмінні потоки на захід. Антициклони утворюються з одного боку вулиці, а циклони - з іншого боку, при цьому два вихори, що обертаються в одному напрямку, безпосередньо примикають один до одного.
Більшість вихорів повільно розпадаються з турбулентністю. На другому етапі циклу деякі вихори стають досить слабкими, щоб потрапити в пастку в поодинокі жолоби або хвилі Россбі, що утворюються в струменевому потоці. Кілька вихорів можуть потрапити в одне корито. Коли вони це роблять, вони подорожують зібраними разом, і турбулентність може легко змусити їх злитися. Коли вихори слабкі, захоплення та злиття триває, поки на кожній вулиці вихору не залишиться лише одна пара.
Зазначене зникнення двох Білих Овалів, одного в 1997 або 1998 році і другого в 2000 році, є прикладом злиття вихорів на другому етапі і, як таке, означало "початок кінця" сучасного кліматичного циклу Юпітера, говорить Маркус.
Чому злиття вихорів вплине на глобальну температуру? Маркус каже, що відносно рівномірна температура Юпітера - там, де температури на полюсах майже такі ж, як і на екваторі, - пояснюється хаотичним перемішуванням тепла та повітряного потоку з вихорів.
"Якщо ви виб'єте цілий ряд вихорів, ви припините все перемішування тепла на цій широті", - каже Маркус. "Це створює велику стіну і перешкоджає транспортуванню тепла від екватора до полюсів".
Після того, як піде достатньо вихорів, атмосфера планети нагріється на екваторі та охолоне на полюсах аж на 10 градусів Цельсія в кожному регіоні, що є третьою стадією кліматичного циклу.
Ця зміна температури дестабілізує струмінні потоки, які реагують, стаючи хвилястими. Хвилі крутяться і розпадаються, як це роблять на пляжі, але вони згортаються в нові великі вихори на четвертому етапі циклу. На п’ятому та останньому етапі кліматичного циклу нові вихори зменшуються в розмірах, і вони осідають на вихрових вулицях, щоб розпочати новий цикл.
Ослаблення вихорів відбувається через турбулентність і відбувається поступово з часом. Маркус, каже Маркус, потребує приблизно півстоліття, щоб новоутворені вихори поступово скорочувалися досить, щоб потрапити в корито струменя.
На щастя, близькість Великої Червоної плями до екватора рятує її від руйнування. На відміну від інших вихорів Юпітера, Велика Червона пляма виживає, "поїдаючи" сусідні антициклони, каже Маркус.
Маркус зазначає, що його теорія кліматичного циклу Юпітера спирається на існування приблизно однакової кількості циклонів та антициклонів на планеті.
Оскільки знаковими знаками вихорів є хмари, які вони створюють, було легко пропустити присутність довгоживучих циклонів, каже Маркус. Він пояснює, що на відміну від чіткого місця антициклону, циклони створюють візерунки ниткоподібних хмар, які менш чітко визначені.
"З огляду на це, легко подумати, що в Юпітері переважають антициклони, оскільки їхні обертові хмари чітко відображаються як очі бика", - каже Маркус.
У статті «Природа» Маркус представляє комп’ютерне моделювання, що показує, що теплий центр та більш прохолодний периметр циклону створює вигляд ниткоподібних хмар. На противагу цьому антициклони мають холодні вогнища і тепліший периметр. Кришталеві кристали льоду, що утворюються в центрі антициклону, набухають і рухаються в сторони, де вони тануть, створюючи більш темний вир, що оточує світлий кольоровий центр.
Маркус підходить до вивчення планетарних атмосфер з нетрадиційного погляду текучого динаміста. "Я базую свої прогнози на порівняно простих законах динаміки вихору, а не на використанні об'ємних кількостей даних або складних атмосферних моделей", - каже Маркус.
Маркус каже, що уроком клімату Юпітера може бути те, що невеликі порушення можуть спричинити глобальні зміни. Однак він застерігає від застосування тієї ж моделі до клімату Землі, на яку впливають багато різних факторів, як природних, так і техногенних.
"Все-таки важливо мати різні" лабораторії "для клімату", - каже Маркус. «Вивчення інших світів допомагає нам краще зрозуміти наш власний, навіть якщо вони не є безпосередньо аналогічними».
Дослідження Маркуса підтримуються грантами Програми NASA Origins, Національного наукового фонду з астрономії та фізики плазми та Національної лабораторії Лос-Аламоса.
Оригінальне джерело: UC Berkeley News Release
