Zdjęcie Neptuna wykonane przez sondę Voyager II w sierpniu 1989 roku. Na środku widoczna jest Wiela Ciemna Plama w towarzystwie białych chmur, doświadczających szybkich zmian. Na południu widoczny jest utwór nazwany Ciemną Plamą 2, unikalną ze względu na białe wnętrze. Wiatry na równiku wieją przeważne z kierunku zachodniego, osiągając prędkość około 1300 km/h, w momencie gdy prędkości wiatrów na wyższych wysokościach (bliżej biegunów) wieją z kierunku wschodniego, osiągając prędkość około 900 km/h. Credits: NASABadacze z Instytutu Weizmanna oraz innych ośrodków naukowych ustalili jak duża może być strefa w atmosferach Urana i Neptuna, w której występują zjawiska pogodowe.
Jak duża jest strefa wiejących wiatrów w atmosferach najmniejszych gazowych planet w Układzie Słonecznym? Badacze postanowili odpowiedzieć na to pytanie, mając na uwadze, że na Uranie i Neptunie wiatry osiągają prędkość ponad 1000 km/h, huragany są wielkości Ziemi, a taka sama pogoda może się utrzymywać przez wiele lat. Obie planety charakteryzują się podobnym klimatem, nawet pomimo tego, że Uran porusza się po orbicie wokółsłonecznej „leżąc” na boku i kierując ku Słońcu na zmianę przez 42 lata jeden ze swoich biegunów polarnych.
Wiatry wiejące na Uranie i Neptunie widoczne są na ich zewnętrznej powierzchni, jednak aby lepiej zrozumieć system pogodowy badacze zdają sobie sprawę z tego, że trzeba spojrzeć nieco głębiej. Przykładowo trzeba wiedzieć czy charakter pogody definiowany jest przez zmiany zachodzące pod powierzchnią lub też czy wpływ nań mają procesy zachodzące płycej. Nowe badanie przeprowadzone przez naukowców z Instytutu Weizmanna, Uniwersytetu Arizony oraz Uniwersytetu w Tel Avivie wskazuje na możliwość występowania zjawisk pogodowych względnie głęboko pod widzialną powierzchnią Urana i Neptuna.
Zrozumienie atmosferycznej cyrkulacji nie jest proste w przypadku planet nie posiadających stałej powierzchni oraz braku wyraźnie zarysowanych granic pomiędzy stałymi, ciekłymi a gazowymi warstwami globu. Od momentu odkrycia w latach 80-tych ubiegłego wieku silnych wiatrów na Uranie i Neptunie przez sondę Voyager II pionowy zakres występowania zjawisk atmosferycznych był źródłem wielu pytań dotyczących naszego zrozumienia fizyki zjawisk zachodzących w atmosferze oraz struktury wewnętrznej tych planet. Sytuację tę udało się wyjaśnić grupie naukowców prowadzonej przez doktora Yohai Kaspiego. Kluczowa w określeniu górnego limitu grubości warstwy atmosferycznej gazowych gigantów okazała się nowatorska metoda analizy ich pola grawitacyjnego.
Zmiany w dystrybucji masy planet są przyczyną obserwowanych fluktuacji pola grawitacyjnego. Przykładowo na Ziemi na samolot lecący nad górami działa dodatkowa, niewielka siła grawitacyjna, wygenerowana przez większą ilość materii naszej planety. Gazowe giganty, tak jak Ziemia, są szybko obracającymi się ciałami, które w rzeczywistości mają doby krótsze od ziemskiej. Tempo rotacji Urana i Neptuna to odpowiednio 17 i 16 godzin. Z uwagi na tę szybką rotację wiatry wirują wokół obszarów wysokiego i niskiego ciśnienia. Zjawisko to umożliwia rozpoznanie charakteru relacji pomiędzy dystrybucją ciśnienia i gęstości, a obszarami z występującymi wiatrami. Wygenerowane fizyczne zasady umożliwiły po raz pierwszy w historii kalkulację grawitacyjnej sygnatury obszarów z dynamiczną pogodą, co z kolei umożliwiło stworzenie map grawitacyjnych Urana i Neptuna z uwzględnieniem wiejących na nich wiatrów.
Następnie porównano uzyskane dane z modelami pól grawitacyjnych planet przy uwzględnieniu braku wiatrów w ich atmosferach. W rezultacie uzyskano zakresy udziału czynników meteorologicznych w tworzeniu pola grawitacyjnego. Zespół naukowców wyciągnął wniosek, że strumienie gazów obserwowane w atmosferze występują w „pogodowej warstwie” o grubości nie większej niż 1000 km, co jest względnie niewielkim ułamkiem objętości planety.
Na tę chwilę nie planowana jest żadna misja do Urana lub Neptuna, jednak pewne analizy wysłania sondy w ich kierunku zostały już w przeszłości wykonane, o czym pisaliśmy w naszych artykułach (1, 2). Niemniej jednak rezultaty badań przeprowadzonych przez zespół Kaspiego będą przydatne w analizie procesów atmosferycznych innego ciała – Jowisza. W stronę tej planety kieruje się obecnie sonda Juno, która osiągnęła ostatnio półmetek swojej podróży. Za pomocą tego statku kosmicznego zebrane zostaną dane dotyczące pola grawitacyjnego Jowisza, co w połączeniu z opisaną w tym artykule metodologią pomoże ustalić zakres występowania dynamicznych procesów w atmosferze „króla planet”.
Uran i Neptun to obecnie najdalsze i w najmniejszym stopniu poznane planety w Układzie Słonecznym. Istnieje wiele pytań dotyczących kwestii ich uformowania oraz składu, które czekają na odpowiedź. Badania przeprowadzone przez zespół naukowców pod przywództwem doktora Yohapi Kaspiego mogą pozwolić na znalezienie odpowiedzi na niektóre z tych pytań. Co więcej, wiele z odkrywanych obecnie planet pozasłonecznych posiada masy zbliżone do tych, jakimi charakteryzują się Uran i Neptun, w związku z czym prowadzone badania mogą pozwolić także na zrozumienie innych światów poza Układem Słonecznym.
(WIoS)
Źródło: Kosmonauta.net
Przeczytaj więcej: 
