Saturns nordpolevirvel og omgivende jet-stream-hexagon, set af NASAs Cassini-rumfartøj den 25. april 2017.
(Billede: © NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute)
Forskere brugte en stor roterende gryde til at simulere Saturn-atmosfæren, og de har måske fundet ud af, hvordan gasgigantens massive polarstorme tager form.
Med vinde, der når svimlende hastigheder på op til 1.800 km / h (i vores solsystem, kan kun Neptun være blæsere - og stormer på Jordens størrelse, Saturns atmosfære har fascineret forskere, lige siden de fik det første gode kig på det via observationer fra NASAs tvilling Voyager-rumfartøj i begyndelsen af 1980'erne.
I et papir, der blev offentliggjort mandag (26. februar) i tidsskriftet Nature Geoscience, brugte et forskerhold den roterende gryde til bedre at forstå Saturns atmosfære og overvinde nogle af begrænsningerne i mere konventionelle metoder, såsom computermodellering. [Fantastiske fotos: Saturns weird hexagon vortex storme]
"Meget lidt vides om konvektion og hvirvler i de dybe atmosfærer af gasgiganter Saturn og Jupiter," sagde studieleder Yakov Afanasyev, professor i eksperimentel oceanisk og atmosfærisk væskedynamik og numerisk modellering af geofysiske strømme ved Memorial University of Newfoundland, i Canada . "Vores nuværende forståelse er baseret på teorier og ganske idealiserede computersimuleringer, som endnu ikke nærmer sig parametrene for de virkelige planetariske atmosfærer."
Holdets potte på 110 tommer (110 centimeter), der indeholder flere hundrede liter vand, blev opvarmet nedenfra for at simulere konvektive processer, der finder sted i Saturns luft.
Vand opvarmet af varmeapparatet steg, mens overfladevand, som blev afkølet ved fordampning, sank ned mod bunden.
"Vi prøvede at gøre vandet mere turbulent ved at varme det op og se, hvordan det opfører sig i den roterende tank, som simulerer planetens rotation," sagde Afanasyev. "Intet eksperiment eller computermodel for den sags skyld kan modellere et hav eller atmosfære af en planet i al deres kompleksitet. Hvad vi kan gøre, er at modellere den væsentlige dynamik."
Afanasyev sagde, at holdmedlemmer ikke var helt sikre på, hvad de ville se, da de startede eksperimentet.
"Fokus for vores undersøgelse er ændret, da vi observerede flere små, tornado-lignende hvirvler i vores tank," sagde han. "Hvirvlerne ligner dem, der er observeret af rumfartøjer i Saturns atmosfære."
Afanasyev og hans team var især interesserede i, hvad der driver oprettelsen af magtfulde polære virvler placeret i midten af vedvarende hexagonale storme kendt fra billeder taget af NASAs Cassini-rumfartøj. Tidligere forskning viste, at disse sekskantede storme er forårsaget af Saturns jetstrøm, sagde Afanasyev.
De centrale orkanlignende hvirvler har dog været forundrede; forskere er ikke sikre på, hvorfor de forekommer på polerne. Men potteeksperimentet antydede, at kæmpe polare orkaner muligvis var et resultat af, at flere mindre hvirvler blev fusioneret i det polare område.
"Der oprettes en stærk hvirvel ved polen som et resultat af fusioner af små cykloner," skrev forskerne i avisen. "Den polære virvel trænger helt ned til bunden og ændrer den anticykloniske cirkulation der."
Tidligere forskning antydede, at mindre cykloner kan opstå i andre områder af planeten og derefter blive drevet mod polerne ved kombinationen af dens rotation og tyngdekraft.
"Vores eksperimenter gav os denne idé, men vi var ikke i stand til at se de polære cykloner i vores tank," sagde Afanasyev. "Det skyldes, at vi kun kan modellere en omvendt atmosfære i vores eksperiment. Virvlen vil være i bunden af tanken snarere end ved overfladen."
Forskerne måtte derfor vende "atmosfæren i en gryde" på hovedet digitalt.
Kombinationen af de to tilgange - den eksperimentelle tank og computermodellering - er det, der giver de bedste resultater, fordi hver tilgang alene har alvorlige begrænsninger for at simulere opførslen af planetariske atmosfærer, sagde Afanasyev.
