Saturnův severní polární vír a okolní proudový hexagon, jak je vidět na kosmické lodi Cassini společnosti NASA 25. dubna 2017.
(Obrázek: © NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute)
Vědci použili velký rotující hrnec, aby simulovali Saturnovu atmosféru, a možná zjistili, jak se masivní polární bouře plynového obra mění.
S větry dosahujícími ohromujících rychlostí až 1 800 km / h - v naší sluneční soustavě může být větrnější pouze Neptun - a bouří velikosti Země, Saturnova atmosféra fascinovala vědce od té doby, co se na ni poprvé podívali pozorováním dvojče kosmických lodí Voyager NASA na začátku 80. let.
V příspěvku zveřejněném v pondělí (26. února) v časopise Nature Geoscience použil tým vědců rotující hrnec k lepšímu pochopení Saturnovy atmosféry a překonání některých omezení konvenčnějších metod, jako je počítačové modelování. [Ohromující fotografie: Saturn's Weird Hexagon Vortex Storms]
„O konvekci a vírech v hluboké atmosféře plynových obrů Saturn a Jupiter je známo jen velmi málo,“ řekl vedoucí studie Yakov Afanasyev, profesor experimentální dynamiky oceánských a atmosférických tekutin a numerické modelování geofyzikálních toků na Memorial University of Newfoundland v Kanadě. . "Naše současné chápání je založeno na teoriích a docela idealizovaných počítačových simulacích, které se dosud nepřibližují parametrům skutečné planetární atmosféry."
43-palcový široký tým (110 centimetrů), který pojme několik set litrů vody, byl zahříván zespodu, aby simuloval konvektivní procesy probíhající ve Saturnově vzduchu.
Voda ohřátá ohřívačem stoupala, zatímco povrchová voda, která byla ochlazována odpařováním, klesla ke dnu.
"Snažili jsme se, aby voda byla turbulentnější tím, že ji zahřejeme a uvidíme, jak se chová v rotačním tanku, který simuluje rotaci planety," řekl Afanasyev. „Žádný experiment, ani počítačový model, nemůže v tomto komplexu modelovat oceán nebo atmosféru planety. Můžeme udělat modelování základní dynamiky.“
Afanasyev řekl, že členové týmu si nebyli zcela jisti, co uvidí, když zahájí experiment.
"Zaměření naší studie se změnilo, když jsme v našem tanku pozorovali několik malých, tornádo podobných vírů," řekl. "Víry se podobají těm, které pozorovaly kosmické lodě v saturnské atmosféře."
Afanasyev a jeho tým se zvlášť zajímali o to, co řídí vytváření silných polárních vírů umístěných ve středu přetrvávajících šestiúhelníkových bouří známých z obrazů pořízených kosmickou lodí Cassini NASA. Předchozí výzkum ukázal, že tyto hexagonální bouře jsou způsobeny Saturnovým proudem, řekl Afanasyev.
Centrální víry podobné hurikánům však byly záhadné; vědci si nejsou jisti, proč se vyskytují na pólech. Experiment v hrnci však naznačoval, že obří polární hurikány mohou být výsledkem několika menších vírů, které se spojují v polární oblasti.
"Silná víra se vytváří na pólu v důsledku sloučení malých cyklónů," uvedli vědci v článku. "Polární vír proniká až na dno a mění tam proticyklonický oběh."
Předchozí výzkum naznačil, že menší cyklony mohou vznikat v jiných oblastech planety a následně být poháněny k pólu kombinací její rotace a gravitace.
„Naše experimenty nám daly tento nápad, ale v našem tanku jsme nebyli schopni vidět polární cyklony,“ řekl Afanasyev. "Je to proto, že v našem experimentu můžeme modelovat pouze atmosféru vzhůru nohama. Vír by byl spíše na dně nádrže než na povrchu."
Vědci proto museli digitálně obrátit „atmosféru v květináči“ vzhůru nohama.
Kombinace obou přístupů - experimentálního modelování tanků a počítačů - je tím, co nabízí nejlepší výsledky, protože každý přístup sám má vážná omezení pro simulaci chování planetárních atmosfér, řekl Afanasyev.
