دوامة زحل القطبية الشمالية والسداسي المحيط بالتيار النفاث المحيط بها ، كما رأته المركبة الفضائية كاسيني التابعة لناسا في 25 أبريل 2017.
(الصورة: © NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute)
استخدم العلماء وعاءً دائريًا كبيرًا لمحاكاة جو زحل ، وربما اكتشفوا كيف تتشكل العواصف القطبية الضخمة لعملاق الغاز.
مع وصول الرياح إلى سرعات مذهلة تصل إلى 1100 ميل في الساعة (1800 كيلومتر / ساعة) - في نظامنا الشمسي ، يمكن فقط لنبتون أن يكون أكثر رياحًا - وعواصف حجم الأرض ، وقد ساد جو زحل باحثين منذ أن حصلوا على أول نظرة جيدة عليه من خلال ملاحظات مركبة الفضاء فوييجر التوأم التابعة لناسا في أوائل الثمانينيات.
في ورقة نشرت يوم الاثنين (26 فبراير) في مجلة Nature Geoscience ، استخدم فريق من الباحثين الوعاء الدوار لفهم جو زحل بشكل أفضل والتغلب على بعض قيود الطرق التقليدية ، مثل نمذجة الكمبيوتر. [صور مذهلة: عواصف دوامة سداسية غريبة زحل]
قال قائد الدراسة ياكوف أفاناسييف ، أستاذ ديناميكيات السوائل المحيطية والجوية التجريبية والنمذجة العددية للتدفقات الجيوفيزيائية في جامعة ميموريال في نيوفاوندلاند بكندا: "لا يُعرف سوى القليل جدًا عن الحمل الحراري والدوامات في الأجواء العميقة لعملاق الغاز زحل والمشتري". . "إن فهمنا الحالي يعتمد على النظريات والمحاكاة الحاسوبية المثالية تمامًا ، والتي لا تقترب بعد من بارامترات الأجواء الكوكبية الحقيقية."
تم تسخين وعاء الفريق الذي يبلغ عرضه 43 بوصة (110 سم) ، والذي يحمل عدة مئات من لترات الماء ، من الأسفل لمحاكاة عمليات الحمل الحراري التي تحدث في هواء زحل.
وارتفع الماء الدافئ بواسطة السخان ، بينما غرقت المياه السطحية ، التي تم تبريدها عن طريق التبخر ، نحو القاع.
وقال أفاناسييف "كنا نحاول أن نجعل المياه أكثر اضطرابا بتسخينها ونرى كيف تتصرف في الخزان الدوار الذي يحاكي دوران الكوكب". "لا توجد تجربة ، أو نموذج حاسوبي لهذه المسألة ، يمكن أن تشكل محيطًا أو جوًا لكوكب بكل تعقيداتها. ما يمكننا القيام به هو نمذجة الديناميكيات الأساسية."
قال أفاناسييف إن أعضاء الفريق لم يكونوا متأكدين تمامًا مما سيشاهدونه عندما بدأوا التجربة.
وقال "لقد تغير تركيز دراستنا عندما لاحظنا العديد من الدوامات الصغيرة التي تشبه الإعصار في دبابتنا". تشبه الدوامات تلك التي لاحظتها المركبة الفضائية في جو زحل.
كان أفاناسييف وفريقه مهتمين بشكل خاص بما يدفع إلى إنشاء دوامات قطبية قوية تقع في مركز العواصف السداسية المستمرة المعروفة من الصور التي التقطتها المركبة الفضائية كاسيني التابعة لناسا. وقال أفاناسييف إن بحثًا سابقًا أظهر أن هذه العواصف سداسية سببها تيار نفاث زحل.
لكن الدوامات المركزية الشبيهة بالإعصار كانت محيرة. الباحثون ليسوا متأكدين من سبب حدوثها على القطبين. لكن تجربة الوعاء أشارت إلى أن الأعاصير القطبية العملاقة قد تكون نتيجة اندماج عدة دوامات أصغر في المنطقة القطبية.
وكتب الباحثون في الورقة "دوامة قوية تم إنشاؤها في القطب نتيجة لعمليات اندماج الأعاصير الصغيرة". "تخترق الدوامة القطبية كل الطريق إلى الأسفل وتغير الدوران المضاد للأعاصير هناك."
اقترح بحث سابق أن الأعاصير الأصغر يمكن أن تنشأ في مناطق أخرى من الكوكب ويتم دفعها لاحقًا نحو القطبين من خلال الجمع بين دورانها وجاذبيتها.
وقال أفاناسييف: "أعطتنا تجاربنا هذه الفكرة ، لكننا لم نتمكن من رؤية الأعاصير القطبية في خزاننا". "لأننا لا نستطيع إلا أن نمثل جوًا مقلوبًا في تجربتنا. ستكون الدوامة في أسفل الخزان بدلاً من السطح".
لذلك كان على الباحثين قلب "الغلاف الجوي في وعاء" رأساً على عقب.
وقال أفاناسييف إن الجمع بين النهجين - الخزان التجريبي ونمذجة الكمبيوتر - هو ما يقدم أفضل النتائج ، لأن كل نهج وحده لديه قيود خطيرة لمحاكاة سلوك الأجواء الكوكبية.
