מערבולת הקוטב הצפונית של שבתאי וסביב משושה הזרם הסילוני, כפי שניתן לראות על ידי חללית קאסיני של נאס"א ב- 25 באפריל 2017.
(תמונה: © NASA / JPL-Caltech / מכון למדעי החלל)
מדענים השתמשו בסיר מסתובב גדול כדי לדמות את האווירה של שבתאי, ויכול להיות שהם הבינו כיצד סופות הקוטב האדירות של ענקית הגז מקבלות עור וגידים.
עם רוחות שמגיעות למהירויות מדהימות של עד 1,100 קמ"ש (1,800 קמ"ש) - במערכת השמש שלנו, רק נפטון יכולה להיות סוערת יותר - וסערה בגודל כדור הארץ, האווירה של שבתאי ריתקה את החוקרים מאז שקיבלו את המבט הטוב הראשון עליה באמצעות תצפיות של חללית וויאג'ר התאומה של נאס"א בראשית שנות השמונים.
במאמר שפורסם ביום שני (26 בפברואר) בכתב העת Nature Geoscience, צוות חוקרים השתמש בסיר המסתובב כדי להבין טוב יותר את האווירה של שבתאי ולהתגבר על כמה מהמגבלות של שיטות קונבנציונאליות יותר, כמו דוגמנות מחשבים. [תמונות מדהימות: סופות מערבולת המשושה המשונה של שבתאי של שבתאי]
מנהיג המחקר יעקב אפנאסייב, פרופסור לדינמיקת נוזלים אוקיאניים ואווירה אטמוספרית ומודלים מספריים של זרימות גיאופיזיות באוניברסיטת הזיכרון בניופאונדלנד, בקנדה, אמר כי "מעט מאוד ידוע על הסעה ועל מערבולות באטמוספרות העמוקות של ענקי הגז שבתאי ויופיטר. . "ההבנה הנוכחית שלנו מבוססת על תיאוריות והדמיות מחשב אידיאליות, שעדיין לא מתקרבות לפרמטרים של האטמוספירה הפלנטרית האמיתית."
הסיר בגודל 43 אינץ '(110 סנטימטרים) של הצוות, המכיל כמה מאות ליטר מים, התחמם מלמטה כדי לדמות תהליכים משכנעים המתרחשים באוויר של שבתאי.
מים שחוממו על ידי התנור התרוממו ואילו מי השטח שקוררו באידוי שקעו לכיוון הקרקעית.
"ניסינו להפוך מים סוערים יותר על ידי חימוםם ולראות איך הם מתנהגים במיכל הסיבוב, המדמה את סיבוב כדור הארץ", אמר אפאנאסייב. "שום ניסוי, או מודל מחשב לצורך העניין, אינו יכול לדגמן אוקיינוס או אטמוספירה של כוכב לכת במורכבותם. מה שאנו יכולים לעשות הוא לדגמן את הדינמיקה החיונית."
עפנאסייב אמר כי חברי הצוות לא היו בטוחים לחלוטין מה יראו כאשר יתחילו את הניסוי.
"המוקד של המחקר שלנו השתנה כשצפינו במערכות שלנו מספר רב של מערבולות קטנות, דמויות טורנדו," אמר. "המערבולות דומות לאלה שנצפו בחלליות באטמוספירה של שבתאי."
עפנאסייב וצוותו התעניינו במיוחד במה שמניע את יצירת מערבולות הקוטב העוצמתיות שנמצאות במרכז הסערות המשושה המתמשכות הידועות מתמונות שצולמו על ידי חללית קאסיני של נאס"א. מחקרים קודמים הראו כי סערות משושים אלה נגרמות על ידי זרם הסילון של שבתאי, אמר אפאנאסייב.
לעומת זאת, המערבולות הדומים לסופת הוריקן תמוהים; החוקרים אינם בטוחים מדוע הם מתרחשים על הקטבים. אולם ניסוי הסירים העלה כי הוריקנים קוטביים ענקיים עשויים להיות תוצאה של מספר מערבולות קטנות יותר שהתמזגו באזור הקוטב.
החוקרים כתבו בעיתון "מערבולת חזקה נוצרת בקוטב כתוצאה ממיזוגים של ציקלונים בקנה מידה קטן." "המערבולת הקוטבית חודרת כל הדרך לתחתית ומשנה את התפוצה האנטי-ציקלונית שם."
מחקרים קודמים העלו כי ציקלונים קטנים יותר יכולים להיווצר באזורים אחרים של כדור הארץ ולהוביל אותם לעבר הקטבים על ידי השילוב של סיבובו וכוח הכבידה.
"הניסויים שלנו נתנו לנו את הרעיון הזה, אבל לא הצלחנו לראות את המחזורים הקוטביים במכל שלנו", אמר אפנאסייב. "זה בגלל שאנחנו יכולים רק לדגמן אווירה הפוכה בניסוי שלנו. המערבולת תהיה בתחתית הטנק ולא לפני השטח."
על כן החוקרים נאלצו להפוך את "האווירה בסיר" על פיהם באופן דיגיטלי.
Afanasyev ציין כי השילוב בין שתי הגישות - הטנק הניסיוני והמודלים הממוחשבים - מציע את התוצאות הטובות ביותר, מכיוון שלכל גישה בלבד יש מגבלות רציניות להדמיית התנהגות אטמוספרות פלנטריות.
