Billedkredit: NASA / JPL
Hvis et universitet i Californien, Berkeley, fysikerens syn på Jupiter er korrekt, vil den gigantiske planet være i et stort globalt temperaturskifte i det næste årti, da de fleste af dens store hvirvler forsvinder.
Men fans af Great Red Spot kan hvile let. Den mest berømte af Jupiters virvler - som ofte sammenlignes med jordens orkaner - vil forblive sat, stort set på grund af dens placering nær planetens ækvator, siger Philip Marcus, professor ved UC Berkeleys afdeling for maskinteknik.
Ved hjælp af boblebad og hvirvler til sammenligning baserer Marcus sin prognose på rektorer, der er lært i væskedynamik på juniorniveau, og på iagttagelsen af, at mange af Jupiters virvler bogstaveligt talt forsvinder i tynd luft.
”Jeg forudsiger, at på grund af tabet af disse atmosfæriske boblebad, vil den gennemsnitlige temperatur på Jupiter ændre sig med op til 10 grader Celsius, hvorved den bliver varmere i nærheden af ækvator og køligere ved polerne,” siger Marcus. ”Dette globale temperaturskifte vil medføre, at jetstrømmene bliver ustabile og derved gyde nye hvirvler. Det er en begivenhed, at selv baghavsastronomer vil være i stand til at være vidne til. ”
Ifølge Marcus signaliserer de forestående ændringer afslutningen på Jupiters nuværende 70-årige klimacyklus. Hans overraskende forudsigelser offentliggøres i 22. april-udgaven af tidsskriftet Nature.
Jupiters stormfulde atmosfære har et dusin jetstrømme, der kører i skiftende retninger mod øst og vest, og der kan urhastigheder være større end 330 miles i timen. Som på Jorden betragtes hvirvler på Jupiter, der roterer med uret på den nordlige halvkugle, som anticykloner, mens de, der roterer mod uret, er cykloner. Det modsatte er tilfældet på den sydlige halvkugle, hvor hvirvler med uret er cykloner og mod urets spindere er anticykloner.
Den store røde plet, der ligger på den sydlige halvkugle, har titlen som Jupiters største anticyklon; der strækker sig over 12.500 miles bred, er den stor nok til at sluge Jorden to til tre gange over.
I modsætning til de cykloniske storme på Jupiter er Jordens orkaner og storme forbundet med lavtrykssystemer og spredes efter dage eller uger. Til sammenligning er The Great Red Spot et højtrykssystem, der har været stabilt i mere end 300 år, og som ikke viser nogen tegn på afmatning.
For omkring 20 år siden udviklede Marcus en computermodel, der viser, hvordan den store røde plet kom ud og varede i den kaotiske turbulens i Jupiters atmosfære. Hans bestræbelser på at forklare dynamikken for det og andre hvirvler på Jupiter førte til hans aktuelle fremskrivning af planetens forestående klimaændringer.
Han siger, at den nuværende 70-årige cyklus begyndte med dannelsen af tre forskellige anticykloner - de hvide ovaler - der udviklede sig syd for den store røde plet i 1939. ”Fødselen af de hvide ovaler blev set gennem teleskoper på jorden,” siger han. ”Jeg tror, vi er i stand til en lignende behandling inden for de næste 10 år.”
Marcus siger, at den første fase af klimacyklussen involverer dannelse af hvirvelstræder, som ligger rundt om de vestlige jetstrømme. Anticykloner dannes på den ene side af gaden, mens cykloner dannes på den anden side, uden at to hvirvler roterer i samme retning direkte ved siden af hinanden.
De fleste af hvirvlerne falder langsomt af turbulens. Ved trin to i cyklussen bliver nogle hvirvler svage nok til at blive fanget i lejlighedsvis trug eller Rossby-bølger, der dannes i jetstrømmen. Flere hvirvler kan blive fanget i det samme tråg. Når de gør det, rejser de sammen, og turbulens kan let få dem til at smelte sammen. Når hvirvlerne er svage, fortsætter fældning og sammenlægning, indtil der kun er et par tilbage på hver hvirvelgade.
Den bemærkede forsvinden af to hvide ovaler, den ene i 1997 eller 1998 og den anden i 2000, eksemplificerede sammensmeltningen af virvlerne i fase to og signaliserede som sådan ”begyndelsen til slutningen” på Jupiters nuværende klimacyklus, siger Marcus.
Hvorfor ville fusionen af virvler påvirke den globale temperatur? Marcus siger, at den relativt ensartede temperatur på Jupiter - hvor temperaturerne ved polerne er næsten den samme som ved ækvator - skyldes den kaotiske blanding af varme og luftstrøm fra hvirvlerne.
”Hvis du slår en hel række hvirvler ud, stopper du al blanding af varme på det breddegrad,” siger Marcus. ”Dette skaber en stor mur og forhindrer transport af varme fra ækvator til polerne.”
Når tilstrækkelig hvirvler er væk, vil planetens atmosfære varme ved ækvator og afkøle ved polerne med op til 10 grader celsius i hver region, som er fase tre i klimacyklussen.
Denne temperaturændring destabiliserer jetstrømmene, som reagerer ved at blive bølget. Bølgerne stepper ned og bryder op, som de gør ved stranden, men de rulles derefter op til nye store hvirvler i cyklusens fjerde fase. I den femte og sidste fase af klimacyklussen falder de nye hvirvler i størrelse, og de sætter sig ind i hvirvelstræderne for at begynde en ny cyklus.
Svækkelsen af virvlerne skyldes turbulens og sker gradvist over tid. Det tager omkring et halvt århundrede for nyligt dannede virvler at gradvis skrumpe ned nok til at blive fanget i et jetstrømskug, siger Marcus.
Heldigvis redder den store røde plots nærhed til ækvator det fra ødelæggelse. I modsætning til Jupiters andre hvirvler overlever den store røde plet ved at "spise" sine nabolande anticykloner, siger Marcus.
Marcus bemærker, at hans teori om Jupiters klimacyklus er afhængig af eksistensen af et stort set lige antal cykloner og anticykloner på planeten.
Da de tydelige tegn på hvirvler er skyerne, de skaber, var det let at gå glip af tilstedeværelsen af langlevede cykloner, siger Marcus. Han forklarer, at i modsætning til en anticyklons forskellige stedet, skaber cykloner mønstre af filamentære skyer, der er mindre tydeligt definerede.
”I lyset af det er det let at tro, at Jupiter er domineret af anticykloner, fordi deres spindende skyer viser sig tydeligt som tyreøje,” siger Marcus.
I papiret i Nature præsenterer Marcus en computersimulering, der viser, at det varme centrum og den køligere omkreds af en cyklon skaber udseende af filamentære skyer. I modsætning hertil har anticykloner kolde centre og varmere perimetre. Iskrystaller, der dannes i anticyklonens centrum, svulmer op og bevæger sig til siderne, hvor de smelter, hvilket skaber en mørkere hvirvel omkring et lysere farvecenter.
Marcus nærmer sig studiet af planetariske atmosfærer ud fra det utraditionelle synspunkt af en fluid dynamisk. ”Jeg baserer mine forudsigelser på de relativt enkle love om virveldynamik i stedet for at bruge omfangsrige datamængder eller komplekse atmosfæriske modeller,” siger Marcus.
Marcus siger, at lektionen ved Jupiters klima kunne være, at små forstyrrelser kan forårsage globale ændringer. Han advarer imidlertid mod at anvende den samme model på Jordens klima, der er påvirket af mange forskellige faktorer, både naturlige og menneskeskabte.
”Det er stadig vigtigt at have forskellige‘ labs ’til klima,” siger Marcus. ”At studere andre verdener hjælper os med bedre at forstå vores egne, selvom de ikke er direkte analoge.”
Marcus 'forskning understøttes af tilskud fra NASA Origins-programmet, National Science Foundation Astronomy and Plasma Physics-programmer og Los Alamos National Laboratory.
Original kilde: UC Berkeley News Release
