Dlaczego sześciokąt Saturna przyprawia fizyków o prawdziwy ból głowy

Ten artykuł nie został napisany przez redakcję La Dépêche du Midi, ale pochodzi z partnerskiej strony The Conversation.

Saturn jest jedną z planet gazowych silne burze. Wśród tych burz „sześciokąt Saturna” to stale obracający się sześciokątny wzór chmur nad biegunem północnym Saturna. Idealnie proste boki sześciokąta mają długość około 13 800 km… tornado Około 32 000 km. Dla porównania średnica Ziemi wynosi „tylko” 12 742 kilometrów.

To wyjątkowe tornado niewiele zmienia wygląd w czasie i przestrzeni i zawsze przypomina sześciokąt, w przeciwieństwie do innych chmur w widzialnej atmosferze, które nieustannie zmieniają swoją organizację przestrzenną.

Sześciokąt Saturna został po raz pierwszy wykryty przez dwie sondy Voyager w latach 1981-1982, ale obrazy nie były dobrej jakości. On był Został ponownie zbadany przez misję Cassini-Huygens w 2006 roku.

Podobnie jak na Ziemi, bieguny są zwrócone w stronę słońca tylko w określonych porach roku (na przykład latem w przypadku bieguna północnego); A resztę czasu pogrążają się w ciemności… zwłaszcza, że ​​sezon na Saturnie trwa około siedmiu lat. Tak więc sonda Cassini mogła wykonywać zdjęcia w podczerwieni tylko do stycznia 2009 roku. Kiedy sześciokąt napotkał Słońce, stał się widoczny w świetle widzialnym, co umożliwiło wdrożenie Film o huraganie Jak również uzupełnienie informacji, które zasilają pracę astrofizyków widmami optycznymi Bardziej kompletny, w zakresie widzialnym i podczerwonym.

Dlaczego jest to jedyny huragan w kształcie sześciokąta na Saturnie i nigdzie indziej?

Podobnie jak Jowisz i jego czerwona plama, Saturn przedstawia badaczom a Laboratorium Astrofizycznej Gigantycznej Mechaniki Płynów.

W rzeczywistości ten specjalny sześciokąt nadal musi przestrzegać praw fizyki. Ogólnie obserwacje astronomiczne należy rozumieć i wyjaśniać z punktu widzenia fizyki za pomocą modelu (składającego się z równań lub eksperymentów), aby zrozumieć związane z nimi zjawiska. Astronomia umożliwia dziś dostęp do złożonych zjawisk (takich jak sześciokąty), a do ich zrozumienia potrzebne są modele uwzględniające naturę ciał niebieskich i sposób ich ewolucji. Najczęściej są to gazy, mówimy o „mechanice płynów”.

Ostatni rozwój astrofizycznej mechaniki płynów związany jest głównie z rozwojem symulacji numerycznych, które umożliwiają badanie sytuacji, których nigdy nie obserwowano w laboratorium ani w kosmosie: na przykład, jakie warunki są potrzebne do zaobserwowania sześciokątnego tornada? Jak zareaguje huragan, jeśli zmieni się kierunek wiatru?

Pojawiło się kilka prac na temat heksagramu Saturna. Można zgłosić Podejścia typu symulacji numerycznej i nawet eksperymentalny.

Jeden z proponowanych scenariuszy jest następujący: Saturn, podobnie jak Jowisz, jest planetą gazową, a jego niestabilna atmosfera stale napotyka złożone przepływy podobne do burz, dżetów, prądów i wirów, i to niezależnie od wysokości. Konkretnie, Przepływy powietrza na niskim poziomie mogą tworzyć wiry o różnej wielkości. Tutaj wypływy otaczałyby większy prąd poziomy wiejący na wschód wokół północnego bieguna Saturna, który sam składa się z kilku mniejszych burz. Wszystkie te małe burze zatrzymują prąd w kierunku biegunowym i deformują niektóre strumienie w sześciokąty. Tak więc ten pomysł został przekształcony w model fizyczny, a następnie poddany symulacji – ale symulacja utworzyła dziewięcioboczną geometrię zamiast sześciu zaobserwowanych. Z drugiej strony stabilność tej geometrii dowodzi, że przewidywany mechanizm, nie dając obserwowanego rezultatu, niekoniecznie jest wadliwy.

Inna hipoteza jest taka Sześciokąty rozwijają się tam, gdzie występują bardzo silne wahania prędkości wiatru atmosferycznego Na pewnych szerokościach geograficznych w atmosferze Saturna. Podobne regularne kształty można uzyskać w laboratorium, obracając ciecz w okrągłym zbiorniku z różnymi prędkościami w środku i na obrzeżach. Najpopularniejszym kształtem był sześcioboczny (stąd sześciokątny), a także wytwarzano kształty od trzech do ośmiu boków.

Jednak te wersje laboratoryjne są „niekompletne”. W rzeczywistości obejmują one wiry, które zakotwiczają krawędzie sześciokątów Saturn jest całkowicie niezależny od jakiegokolwiek wiru stabilizującego.

Tajemnice, które tworzą sześciokąty Saturna, wciąż są dalekie od odkrycia… zwłaszcza, że ​​w 2018 r. prof. Podobną strukturę obserwuje się 300 km na południe od bieguna północnego ! Wydaje się, że to zniechęcające wyzwanie jeszcze przez długi czas wyostrzy kreatywność badaczy zajmujących się astrofizyczną dynamiką płynów.

Walid Mohly Jest nauczycielem i pracownikiem naukowym fizyki na Uniwersytecie imECE Paryż.

Ten artykuł został ponownie opublikowany z Rozmowa Na licencji Creative Commons. PrzeczytaćOryginalny artykuł.