Przejdź do treści

Wiry na Jowiszu odszyfrowane

Symulacje komputerowe tłumaczą położenie imponujących wirów w atmosferze Jowisza oraz dlaczego kierunek ich obrotu jest przeciwny do wiatrów na Ziemi.

Liczne wiry pokrywające powierzchnię Jowisza spowodowane są gazem wynoszonym na powierzchnię z głębin gazowego olbrzyma. Do takich wniosków doszli naukowcy z University of Alberta (Kanada) oraz Max Planck Institute for Solar Research (MPS) w Niemczech po przeprowadzeniu rozległych symulacji komputerowych. Wznoszące się masy gazów są odchylane w wyżej leżących stabilnych warstwach atmosfery i zaczynają wirować w skutek siły Coriolisa. Po raz pierwszy w historii symulacja wirów na Jowiszu wskazuje, że występują  one głównie w szerokich pasmach na północ i na południe od równika. To właśnie tam można znaleźć Wielką Czerwoną Plamę - gigantyczny antycyklon w atmosferze planety, który utrzymuję się od ponad 250 lat. Model ten także tłumaczy dlaczego burze na Jowiszu obracają się w kierunku przeciwnym do tego na Ziemi. Naukowcy opublikowali wczoraj (30.11) swoje wyniki w czasopiśmie Nature Geoscience.

Atmosfera gazowego olbrzyma Jowisza to turbulentne miejsce. Szerokie, płynące na wschód i zachód strumienie przenoszą obłoki zamrożonych ziaren amoniaku wokół całej planety z prędkościami sięgającymi 550 kilometrów na godzinę. Inne znowu regiony zdominowane są przez ogromne, długowieczne wiry. Największym z nich jest Wielka Czerwona Plama, gigantyczny antycyklon o średnicy dwukrotnie większej niż średnica Ziemi i trwający już od ponad 350 lat. Do teraz nie wiadomo było skąd się bierze taka pogoda na Jowiszu.

Wiry na Jowiszu obracają się w kierunku przeciwnym do obrotu planety, tj. zgodnie z kierunkiem wskazówek zegara na północnej półkuli i odwrotnie na południowej. Na Ziemi huragany rotują w przeciwnych kierunkach. Powstawanie i rotacja tych burz na Jowiszu od zawsze stanowiły kontrowersyjną kwestię. Teraz nasze wysokiej rozdzielczości symulacje komputerowe pokazują jak kluczową rolę odgrywają interakcje między ruchem mas w głębokim wnętrzu planety a wyższymi stabilnymi warstwami atmosfery," podsumowuje badania Johannes Wicht z MPS.

Jowisz prawie w całości składa się z wodoru i helu. Z uwagi na wysokie ciśnienie nakładających się na siebie mas, ta mieszanina staje się metaliczna, a tym samym elektrycznie przerwodząca na 90% promienia planety. Na ostatnich, zewnętrznych 10 % promienia gaz istnieje w niemetalicznym "normalnym stanie". Pomiary wskazują, że najbardziej zewnętrzna część tej powłoki, która stanowi siedzibę obserwowanej przez nas pogody, jest stabilnie podzielona na warstwy.

Nowe symulacje przeprowadzone przez naukowców z Kanady i Niemiec po raz pierwszy  uwzględniają istnienie tej stabilnej warstwy w skomplikowanym modelu komputerowym. "Symulujemy jedynie najbardziej zewnętrzne 7 000 kilometrów warstwy niemetalicznej ponieważ pole magnetyczne znacznie spowalnia dynamikę bardziej wewnętrznych obszarów. Zewnętrzne 5 procent tej warstwy odpowiada zewnętrznej 350-kilometrowej stabilnej warstwie,"  mówi Thomas Gastine, naukowiec z MPS.

Napędzany energią cieplną z wnętrza gazowego olbrzyma gaz unosi się w "kieszeniach/bąblach" -  tak jak gotująca się woda. Jednak leżąca wyżej stablina warstwa stanowi swego rodzaju barierę. "Tylko gdy wyporność kieszeni gazu jest wystarczająco silna, może ona przedostać się do tej warstwy i rozprzestrzenić się w niej w poziomie. Ruch obrotowy planety sprawia, że ten ruch w poziomie jest wirowy, dokładnie tak jak w przypadku huraganów obserwowanych na Ziemi," mówi Wicht. Gdy gaz ulegnie ochłodzeniu ponownie zapada się w głębsze warstwy atmosfery. "Cyklony na Ziemi powstają w podobny sposób,"  dodaje Wicht. Tutaj też siła Coriolisa wywoływana ruchem obrotowym planety powoduje powstawanie wirów. Niemniej jednak na Ziemi cyklony wirują w przeciwnym kierunku niż te na Jowiszu. Powód: Na Jowiszu wiry powstają gdy wznoszący się gaz rozpływa się w górnych warstwach atmosfery. Na Ziemi wiry powstają już na Ziemi, a dopiero potem zaczynają się wznosić.

"Symulowanie warunków istniejących w atmosferze Jowisza jest trudne, bowiem wciąż nie znamy wielu cech tego regionu,"  tłumaczy Gastine. Naukowcy opierają się wciąż na danych z misji Galileo, z niewielkiego próbnika  wypuszczonego z pokładu sondy, który przeniknął ponad 100 kilometrów wgłąb planety zanim został zniszczona przez ciśnienie rzędu 24 bar.

Nowe obliczenia przedstawiają zatem bardzo realistyczny obraz najwyższych warstw atmosfery Jowisza: prądy od środka nie powodują powstawania antycyklonów w przypadkowych miejscach lecz głównie w pobliżu biegunów i w określonych pasmach pod i nad równikiem. Rozmiar owych antycyklonów zwiększa się wraz z odległością od równika. I to zgadza się z obserwacjami. "Ta tendencja jest uzależniona od dynamiki wnętrza planety, a szczególnie od interakcji między wznoszącymi się kieszeniami gazu z wiejącymi w kierunku wschodu i zachodu wiatrami strumieniowymi, które nasz model także realistycznie odtwarza," dodaje Wicht.

"Niemniej jednak nie udało nam się uchwycić rzeczywistego czasu trwania takich antycyklonów," dodaje. Podczas gdy typowe antycyklony na Jowiszu trwają średnio przez kilka lat, burze wytworzone przez modele kończą się po zaledwie kilku dniach. Najprawdopodobniej dzieje się tak z uwagi na nierealistyczną wartość lepkości gazów na Jowiszu, którą naukowcy przyjęli do swoich obliczeń. Wartość lepkości celowo została ustawiona na zbyt wysoką w celu zminimalizowania czasu wymaganego na obliczenia.

Jednak nawet przyjmując bardziej realistyczną lepkość i nieograniczony czas na obliczenia, nie udało się odtworzyć niesamowitej stabilności Wielkiej Czerwonej Plamy.

Więcej informacji:

Źródło: mps