Οι καταιγίδες 100 ετών προκαλούν την κατανόησή μας για τους γίγαντες του φυσικού αερίου

Τεράστιες καταιγίδες αφήνουν σημάδια στην ατμόσφαιρα του Κρόνου για αιώνες.

Οι ερευνητές ανακάλυψαν γιγάντιες καταιγίδες μακράς περιόδου Κρόνοςείναι παρόμοιο με ΖεύςΜεγάλη Ερυθρά Κηλίδα, μελετώντας τις ραδιοεκπομπές και τις διαταραχές αερίου αμμωνίας. Η έρευνα αποκαλύπτει σημαντικές διαφορές στις ατμόσφαιρες μεταξύ γιγάντων αερίου, αμφισβητεί την τρέχουσα κατανόηση των γιγάντων καταιγίδων και παρέχει νέες ιδέες που μπορεί να επηρεάσουν μελλοντικές μελέτες σε εξωπλανήτες.

Η Μεγάλη Ερυθρά Κηλίδα και νέες ανακαλύψεις στον Κρόνο

Η μεγαλύτερη καταιγίδα στο ηλιακό σύστημα, ένας αντικυκλώνας πλάτους 10.000 μιλίων, γνωστός ως Μεγάλη Ερυθρά Κηλίδα, κοσμεί την επιφάνεια του Δία εδώ και εκατοντάδες χρόνια.

Μια νέα μελέτη αποκαλύπτει ότι ο Κρόνος, αν και πιο μετριοπαθής σε εμφάνιση σε σύγκριση με την πολύχρωμη εμφάνιση του Δία, έχει επίσης γιγάντιες, μακροχρόνιες καταιγίδες. Αυτές οι καταιγίδες έχουν βαθιές επιπτώσεις στην ατμόσφαιρα που διαρκούν για αιώνες.

Μεθοδολογία μελέτης

Η έρευνα διεξήχθη από αστρονόμους Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Μπέρκλεϋκαι το Πανεπιστήμιο του Michigan Ann Arbor. Εξέτασαν τις ραδιοεκπομπές από τον πλανήτη, που προέρχονται από κάτω από την επιφάνεια, και ανακάλυψαν μακροχρόνιες διαταραχές στη διανομή αερίου αμμωνίας.

Η μελέτη δημοσιεύεται στις 11 Αυγούστου στο περιοδικό Η επιστήμη προχωρά.

Μια ραδιοεικόνα του Κρόνου λήφθηκε με το VLA τον Μάιο του 2015, με τις φωτεινότερες ραδιοεκπομπές από τον Κρόνο και τους δακτυλίους του να αφαιρούνται για να ενισχυθεί η αντίθεση στις πιο αμυδρές ραδιοεκπομπές μεταξύ των διαφορετικών γεωγραφικών ζωνών στην ατμόσφαιρα. Επειδή η αμμωνία εμποδίζει τα ραδιοκύματα, τα φωτεινά χαρακτηριστικά υποδεικνύουν περιοχές όπου η αμμωνία έχει εξαντληθεί και το VLA μπορεί να δει πιο βαθιά στην ατμόσφαιρα. Η ευρεία φωτεινή ζώνη στα βόρεια γεωγραφικά πλάτη είναι ο απόηχος μιας καταιγίδας του 2010 στον Κρόνο, η οποία προφανώς εξάντλησε αέριο αμμωνίας κάτω από το παγωμένο σύννεφο αμμωνίας, το οποίο είναι αυτό που βλέπουμε με γυμνό μάτι. Πίστωση: RJ Salt and E.D. Butter

Η φύση των μεγάλων καταιγίδων

Οι γιγάντιες καταιγίδες συμβαίνουν περίπου κάθε 20 έως 30 χρόνια στον Κρόνο και είναι παρόμοιες με τους τυφώνες στη Γη, αν και πολύ μεγαλύτεροι. Αλλά σε αντίθεση με τους τυφώνες της Γης, κανείς δεν ξέρει γιατί συμβαίνουν οι τεράστιες καταιγίδες στην ατμόσφαιρα του Κρόνου, η οποία είναι κυρίως υδρογόνο και ήλιο με ίχνη μεθανίου, νερού και αμμωνίας.

«Η κατανόηση των μηχανισμών των μεγαλύτερων καταιγίδων του ηλιακού συστήματος τοποθετεί τη θεωρία των τυφώνων σε ένα ευρύτερο κοσμικό πλαίσιο, αμφισβητώντας την τρέχουσα γνώση μας και πιέζοντας τα όρια της επίγειας μετεωρολογίας», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας Cheng Li, πρώην συνεργάτης του UCLA 51 Peg b. Berkeley, και τώρα είναι επίκουρος καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν.

εξερεύνηση και εργαλεία

Ο Imke de Pater, ομότιμος καθηγητής Αστρονομίας και Γης και Πλανητικών Επιστημών στο UC Berkeley, μελετά τους γίγαντες αερίων για περισσότερες από τέσσερις δεκαετίες για να κατανοήσει καλύτερα τη σύστασή τους και τι τους κάνει μοναδικούς, χρησιμοποιώντας την Karl G. Jansky Very Large Array στο Νέο Μεξικό για ανιχνεύστε ραδιοεκπομπές από βαθιά μέσα στον πλανήτη. .

Στο οπτικό πεδίο, η ταινιωτή ατμόσφαιρα του Κρόνου φαίνεται να αλλάζει ομαλά από χρώμα σε χρώμα. Όμως, ιδωμένο εδώ υπό το φως του ραδιοφώνου – τα δεδομένα VLA που επικαλύπτονται σε μια εικόνα του Cassini του Κρόνου – η ξεχωριστή φύση των ζωνών είναι ξεκάθαρη. Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν δεδομένα VLA για να κατανοήσουν καλύτερα την αμμωνία στην ατμόσφαιρα του γίγαντα αερίου και έμαθαν ότι οι γιγάντιες καταιγίδες μεταφέρουν αμμωνία από την ανώτερη ατμόσφαιρα στην κατώτερη ατμόσφαιρα. Πιστώσεις: S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF), I. de Pater et al (UC Berkeley)

“Σε μήκη κύματος ραδιοφώνου, ερευνούμε κάτω από ορατά στρώματα νεφών σε γιγάντιους πλανήτες. Επειδή οι χημικές αντιδράσεις και η δυναμική θα αλλάξουν τη σύνθεση της ατμόσφαιρας ενός πλανήτη, απαιτούνται παρατηρήσεις κάτω από αυτά τα στρώματα νεφών για να περιοριστεί η σύνθεση της πραγματικής ατμόσφαιρας του πλανήτη, η οποία είναι ένα κλειδί παράμετρος για μοντέλα σχηματισμού πλανητών.” «Οι ραδιοπαρατηρήσεις βοηθούν στον χαρακτηρισμό δυναμικών, φυσικών και χημικών διεργασιών, συμπεριλαμβανομένης της μεταφοράς θερμότητας, του σχηματισμού νεφών και της μεταφοράς στην ατμόσφαιρα των γιγάντιων πλανητών τόσο σε παγκόσμια όσο και σε τοπική κλίμακα».

Εκπληκτικά αποτελέσματα

Όπως αναφέρεται στη νέα μελέτη, ο μεταπτυχιακός φοιτητής του UC Berkeley, Chris Moeckel, de Pater, βρήκε κάτι εκπληκτικό στις ραδιοφωνικές εκπομπές του πλανήτη: ανωμαλίες στη συγκέντρωση αμμωνίας στην ατμόσφαιρα, τις οποίες συνέδεσαν με προηγούμενα γεγονότα μαζικών καταιγίδων στο ημισφαίριο. του πλανήτη.

Επίδραση στη συγκέντρωση αμμωνίας και στις ατμοσφαιρικές διαφορές

Σύμφωνα με την ομάδα, η συγκέντρωση αμμωνίας είναι χαμηλότερη στα μεσαία ύψη, κάτω από το ανώτερο στρώμα νέφους αμμωνίας και πάγου, αλλά εμπλουτίζεται σε χαμηλότερα υψόμετρα, 100 έως 200 χιλιόμετρα βαθύτερα στην ατμόσφαιρα. Πιστεύουν ότι η αμμωνία μεταφέρεται από την ανώτερη ατμόσφαιρα στην κατώτερη ατμόσφαιρα μέσω των διαδικασιών καθίζησης και επανεξάτμισης. Επιπλέον, αυτή η επίδραση θα μπορούσε να διαρκέσει για εκατοντάδες χρόνια.

Σύγκριση Κρόνου και Δία

Η μελέτη αποκάλυψε περαιτέρω ότι αν και τόσο ο Κρόνος όσο και ο Δίας είναι κατασκευασμένοι από αέριο υδρογόνο, αυτοί οι δύο γίγαντες αερίων είναι σημαντικά διαφορετικοί. Ενώ ο Δίας έχει τροποσφαιρικές ανωμαλίες, αυτές δεσμεύονται από τις περιοχές του (λευκές ζώνες) και τις ζώνες (σκοτεινές ζώνες) και δεν προκαλούνται από καταιγίδες όπως είναι στον Κρόνο. Η σημαντική διαφορά μεταξύ γειτονικών γιγάντων αερίου αμφισβητεί την τρέχουσα κατανόηση του σχηματισμού γιγάντιων καταιγίδων σε γίγαντες αερίου και σε άλλους πλανήτες. Μπορεί επίσης να επηρεάσει το πώς αυτές οι καταιγίδες βρίσκονται και εξετάζονται σε εξωπλανήτες στο μέλλον.

Αναφορά: «The Deep Long-Term Impact of Saturn’s Giant Storms» των Cheng Li, Emke de Pater, Chris Moeckel, RJ Salt, Brian Butler, David de Boer και Zhiming Zhang, 11 Αυγούστου 2023, Διαθέσιμο εδώ. Η επιστήμη προχωρά.
DOI: 10.1126/sciadv.adg9419

Το Εθνικό Παρατηρητήριο Ραδιοαστρονομίας (NRAO) είναι μια εγκατάσταση του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών, που λειτουργεί βάσει συμφωνίας συνεργασίας από την Associated Universities Inc.