Στο νότιο πόλο του Δία κρύβεται ένα εντυπωσιακό θέαμα - ακόμη και για έναν γιγαντιαίο πλανήτη αερίου καλυμμένο με πολύχρωμες ζώνες που φέρουν ένα κόκκινο σημείο μεγαλύτερο από τη γη. Κάτω από το νότιο πόλο του πλανήτη, κυρίως κρυμμένο από τα αδιάκριτα μάτια των ανθρώπων, βρίσκεται μια συλλογή από στροβιλισμένες καταιγίδες που είναι τοποθετημένες σε ασυνήθιστα γεωμετρικό σχέδιο.
Από τότε που εντοπίστηκαν πρώτη φορά από τον διαστημικό ανιχνευτή Juno της NASA το 2019, οι καταιγίδες έχουν παρουσιάσει κάτι μυστήριο στους επιστήμονες. Οι καταιγίδες είναι ανάλογες με τους τυφώνες στη Γη. Ωστόσο, στον πλανήτη μας, οι τυφώνες δεν συγκεντρώνονται στους πόλους και περιστρέφονται ο ένας τον άλλον σε σχήμα πενταγώνου ή εξαγώνου, όπως και οι περίεργες καταιγίδες του Δία.
Τώρα, μια ερευνητική ομάδα που εργάζεται στο εργαστήριο του Andy Ingersoll, καθηγητή της πλανητικής επιστήμης του Caltech, ανακάλυψε γιατί οι καταιγίδες του Δία συμπεριφέρονται τόσο παράξενα. Το έκαναν χρησιμοποιώντας μαθηματικά που προέρχονταν από μια απόδειξη που γράφτηκε από τον Λόρδο Kelvin, Βρετανό μαθηματικό φυσικό και μηχανικό, πριν από σχεδόν 150 χρόνια.
Ο Ingersoll, που ήταν μέλος της ομάδας Juno, λέει ότι οι καταιγίδες του Δία είναι εξαιρετικά παρόμοιες με αυτές που χτυπούν την Ανατολική Ακτή των ΗΠΑ κάθε καλοκαίρι και φθινόπωρο, σε πολύ μεγαλύτερη κλίμακα.
"Αν πήγατε κάτω από τις κορυφές των νεφών, πιθανότατα θα βρείτε σταγόνες βροχής υγρού νερού, χαλάζι και χιόνι", λέει. "Οι άνεμοι θα ήταν αέριοι με δύναμη τυφώνα. Οι τυφώνες στη Γη είναι ένα καλό ανάλογο των μεμονωμένων στροφών σε αυτές τις ρυθμίσεις που βλέπουμε στον Δία, αλλά δεν υπάρχει τίποτα τόσο εκπληκτικά όμορφο εδώ.
Όπως στη Γη, οι καταιγίδες του Δία τείνουν να σχηματίζονται πιο κοντά στον ισημερινό και στη συνέχεια μετακινούνται προς τους πόλους. Ωστόσο, οι τυφώνες και οι τυφώνες της Γης εξαφανίζονται προτού απομακρυνθούν από τον ισημερινό. Ο Δίας συνεχίζει μέχρι να φτάσει στους πόλους.
"Η διαφορά είναι ότι στη γη οι τυφώνες εξαντλούνται από ζεστό νερό και καταλήγουν σε ηπείρους", λέει ο Ingersoll. Ο Δίας δεν έχει γη, "οπότε υπάρχει πολύ λιγότερη τριβή γιατί δεν υπάρχει τίποτα να τρίβεται. Υπάρχει λίγο περισσότερο αέριο κάτω από τα σύννεφα. Ο Δίας έχει επίσης θερμότητα που έχει απομείνει από τον σχηματισμό του που είναι συγκρίσιμη με τη θερμότητα που παίρνει από τον ήλιο, έτσι η θερμοκρασία Η διαφορά μεταξύ του ισημερινού και των πόλων του δεν είναι τόσο μεγάλη όσο είναι στη Γη. "
Ωστόσο, αυτή η εξήγηση δεν λαμβάνει υπόψη τη συμπεριφορά των καταιγίδων μόλις φτάσουν στο νότιο πόλο του Δία, κάτι που είναι ασυνήθιστο ακόμη και σε σύγκριση με άλλους γίγαντες φυσικού αερίου. Ο Κρόνος, που είναι επίσης ένας γίγαντας φυσικού αερίου, έχει μια τεράστια καταιγίδα σε κάθε έναν από τους πόλους του, παρά μια γεωμετρικά διευθετημένη συλλογή καταιγίδων.
Η απάντηση στο μυστήριο του γιατί ο Δίας έχει αυτούς τους γεωμετρικούς σχηματισμούς όπως άλλοι πλανήτες, όπως ανακάλυψαν ο Ingersoll και οι συνάδελφοί του, δεν μπορούσαν να βρεθούν στο παρελθόν, ειδικά σε εργασίες που πραγματοποιήθηκαν το 1878 από τον Alfred Mayer, έναν Αμερικανό φυσικό και τον Λόρδο Kelvin.
Ο Mayer είχε τοποθετήσει πλωτούς κυκλικούς μαγνήτες σε μια δεξαμενή νερού και παρατήρησε ότι αυτομάτως θα τακτοποιούσαν σε γεωμετρικές διαμορφώσεις, παρόμοιες με αυτές που φαίνονται στον Δία, με σχήματα που εξαρτώνται από τον αριθμό των μαγνητών. Ο Kelvin χρησιμοποίησε τις παρατηρήσεις του Mayer για να αναπτύξει ένα μαθηματικό μοντέλο για να εξηγήσει τη συμπεριφορά των μαγνητών.
"Τον 19ο αιώνα, οι άνθρωποι σκέφτονταν πώς τα περιστρεφόμενα κομμάτια υγρού θα τακτοποιούσαν σε πολύγωνα", λέει ο Ingersoll. "Αν και υπήρχαν πολλές εργαστηριακές μελέτες αυτών των υγρών πολυγώνων, κανείς δεν είχε σκεφτεί να το εφαρμόσει σε μια πλανητική επιφάνεια."
Για να το κάνει αυτό, η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε ένα σύνολο εξισώσεων γνωστών ως εξισώσεις ρηχών νερών για να δημιουργήσει ένα μοντέλο υπολογιστή για το τι μπορεί να συμβαίνει στον Δία και άρχισε να εκτελεί προσομοιώσεις.
"Θέλαμε να διερευνήσουμε τον συνδυασμό παραμέτρων που καθιστά αυτούς τους κυκλώνες σταθερούς", λέει ο Cheng Li (Phd '17), επικεφαλής συγγραφέας και 51 Pegasi b μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο UC Berkeley.
"Υπάρχουν καθιερωμένες θεωρίες που προβλέπουν ότι οι κυκλώνες τείνουν να συγχωνεύονται στον πόλο λόγω της περιστροφής του πλανήτη και αυτό βρήκαμε στις αρχικές δοκιμές".
Τελικά, ωστόσο, η ομάδα διαπίστωσε ότι μια σταθερή γεωμετρική διάταξη καταιγίδων που μοιάζει με του Δία θα σχηματιζόταν αν η καταιγίδα περιβαλλόταν από ένα δαχτυλίδι ανέμων που γύριζε προς την αντίθετη κατεύθυνση από τις περιστρεφόμενες καταιγίδες. Η παρουσία αντικυκλωνικών δακτυλίων προκαλεί τις καταιγίδες να απωθούν η μία την άλλη, αντί να συγχωνεύονται.
O Ingersoll λέει ότι η έρευνα θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα πώς συμπεριφέρεται ο καιρός στη Γη.
"Άλλοι πλανήτες παρέχουν ένα πολύ ευρύτερο φάσμα συμπεριφορών από αυτό που βλέπετε στη Γη", λέει, "οπότε μελετάτε τον καιρό σε άλλους πλανήτες για να δοκιμάσετε τις θεωρίες σας
Το έγγραφο, με τίτλο, "Μοντελοποίηση της σταθερότητας των πολυγωνικών μοτίβων των δορών στους πόλους του Δία όπως αποκαλύφθηκε από το διαστημικό σκάφος Juno", εμφανίζεται στο τεύχος 8 Σεπτεμβρίου των Πρακτικών της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών.
Περισσότερες πληροφορίες:Οι Cheng Li et al. Μοντελοποίηση της σταθερότητας των πολυγωνικών μοτίβων στροβίλων στους πόλους του Δία, όπως αποκαλύπτεται από το διαστημικό σκάφος Juno, Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών (2020). Πληροφορίες DOI. Journal: Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών που παρέχονται από το California Institute of Technology