Saturns nordpolære virvel og omliggende jet-stream-sekskant, sett av NASAs Cassini-romfartøy 25. april 2017.
(Bilde: © NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute)
Forskere brukte en stor roterende gryte for å simulere atmosfæren i Saturn, og de kan ha funnet ut hvordan gassgigantens massive polarstormer tar form.
Med vinder som oppnår svimlende hastigheter på opptil 1100 km / t - i solsystemet vårt, er det bare Neptune som kan være vindligere - og stormer på jordens størrelse, har Saturns atmosfære fascinert forskere siden de fikk det første gode blikket på det via observasjoner fra NASAs tvilling Voyager-romfartøy på begynnelsen av 1980-tallet.
I en artikkel publisert mandag (26. februar) i tidsskriftet Nature Geoscience, brukte et team av forskere den roterende potten for å bedre forstå Saturns atmosfære og overvinne noen av begrensningene for mer konvensjonelle metoder, for eksempel datamodellering. [Fantastiske bilder: Saturns Weird Hexagon Vortex Storms]
"Svært lite er kjent om konveksjon og virvler i de dype atmosfærene til gassgigantene Saturn og Jupiter," sa studieleder Yakov Afanasyev, professor i eksperimentell oseanisk og atmosfærisk væskedynamikk og numerisk modellering av geofysiske strømmer ved Memorial University of Newfoundland, i Canada . "Vår nåværende forståelse er basert på teorier og ganske idealiserte datasimuleringer, som ennå ikke nærmer seg parameterne til de virkelige planetariske atmosfærene."
Lagets 43-tommers brede (110 centimeter) potte, som rommer flere hundre liter vann, ble oppvarmet nedenfra for å simulere konvektive prosesser som foregår i Saturns luft.
Vann som varmet av varmeapparatet steg, mens overflatevann, som ble avkjølt ved fordampning, sank ned mot bunnen.
"Vi prøvde å gjøre vann mer turbulent ved å varme det opp og se hvordan det oppfører seg i den roterende tanken, som simulerer rotasjonen av planeten," sa Afanasyev. "Ingen eksperiment, eller datamaskinmodell for den saks skyld, kan modellere et hav eller atmosfære av en planet i all deres kompleksitet. Det vi kan gjøre er å modellere den essensielle dynamikken."
Afanasyev sa at teammedlemmene ikke var helt sikre på hva de ville se når de startet eksperimentet.
"Fokuset for studien vår har endret seg når vi observerte flere små tornado-lignende virvler i tanken vår," sa han. "Hvirvlene ligner de som er observert av romfartøy i atmosfæren til Saturn."
Afanasyev og teamet hans var spesielt interessert i det som driver opprettelsen av kraftige polare virvler i sentrum av vedvarende sekskantede stormer kjent fra bilder tatt av NASAs Cassini-romfartøy. Tidligere forskning viste at disse sekskantede stormene er forårsaket av Saturns jetstrøm, sa Afanasyev.
De sentrale orkanlignende virvler har imidlertid vært forvirrende; forskere er ikke sikre på hvorfor de forekommer på polene. Men potteeksperimentet antydet at gigantiske polare orkaner kan være et resultat av at flere mindre virvler smeltet sammen i det polare området.
"En sterk virvel skapes ved polen som et resultat av sammenslåinger av småskala sykloner," skrev forskerne i avisen. "Den polare virvelen trenger helt ned til bunnen og endrer den antisykloniske sirkulasjonen der."
Tidligere forskning antydet at mindre sykloner kan oppstå i andre områder av planeten og deretter bli drevet mot polene ved kombinasjonen av dens rotasjon og tyngdekraft.
"Eksperimentene våre ga oss denne ideen, men vi klarte ikke å se de polare syklonene i tanken vår," sa Afanasyev. "Det er fordi vi bare kan modellere en opp-ned-atmosfære i vårt eksperiment. Virvelen vil være i bunnen av tanken i stedet for på overflaten."
Forskerne måtte derfor snu "atmosfæren i en gryte" opp ned digitalt.
Kombinasjonen av de to tilnærmingene - eksperimentell tank og datamaskinmodellering - er det som gir de beste resultatene, fordi hver tilnærming alene har alvorlige begrensninger for å simulere atferden til planetariske atmosfærer, sa Afanasyev.
