Porównanie zdjęcia Jowisza (po lewej) z symulacjami komputerowymi (po prawej). Źródło: NASA/JPL/University of Alberta/MPS. Na Jowiszu można dostrzec liczne wiry w atmosferze. Najnowsze symulacje numeryczne przeprowadzone przez naukowców z Niemiec i Kanady tłumaczą powstawanie tych struktur. Wyniki opublikowano w czasopiśmie „Nature Geoscience”.
Atmosfera Jowisza to bardzo niespokojne i turbulentne środowisko. Występują w niej strumienie wiatrów rozprzestrzeniające ziarna zamarzniętego amoniaku wokół planety z prędkościami nawet 550 km/h. W wielu miejscach występują burze z wirującym gazem. Największą i najsłynniejszą tego typu strukturą jest Wielka Czerwona Plama – gigantyczny antycyklon mniej więcej dwukrotnie przekraczający swoimi rozmiarami wielkość Ziemi. Wielka Czerwona Plama istnieje od co najmniej 350 lat, obserwowano ją już w XVII wieku.
Wiry na Jowiszu kręcą się w przeciwnym kierunku w stosunku do rotacji planety, czyli w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara na półkuli północnej, a w przeciwnym na południowej. Na Ziemi powietrze w huraganach wiruje odwrotnie. Dzięki najnowszym symulacjom komputerowym naukowcom udało się zrozumieć, skąd taka różnica i w jaki sposób powstają burze z wirami na Jowiszu.
Jak tłumaczy Johannes Wicht z Max Planck Institute for Solar System Research, kluczowym czynnikiem jest interakcja pomiędzy ruchami zachodzącymi głęboko, a zewnętrzną stabilną warstwą. Jowisz jest zbudowany głównie z wodoru i helu. Z powodu bardzo dużego ciśnienia mieszanka ta staje się metaliczna, czyli przewodząca elektrycznie, na wysokości około 90 proc. promienia planety. Powyżej gaz znajduje się w normalnym „niemetalicznym” stanie.
W symulacjach uwzględniono górne 7000 km stabilnej warstwy zewnętrznej. Ograniczono się do takiego zakresu, ponieważ pole magnetyczne znacząco spowalnia dynamikę procesów w głębszych rejonach atmosfery Jowisza. Najbardziej zewnętrzne 5 proc. zbadanej warstwy, czyli około 350 km, ma stabilną stratyfikację atmosfery (podział na poszczególne warstwy).
Ciepło z wnętrza planety powoduje, że obłoki gazu wznoszą się w górę na zasadzie podobnej do tej występującej w gotującej się wodzie. Górna, stabilna warstwa stanowi pewnego rodzaju barierę dla takich bąbli gazu. Nie wszystkie mogą przeniknąć i rozprzestrzenić się horyzontalnie. Gdy jednak to nastąpi, to na skutek ruchu obrotowego planety powstają wiry. Gdy gaz się ochłodzi, ponownie przemieszcza się w dół. Mamy połączenie wznoszenia się, ruchu horyzontalnego, ruchu obrotowego i opadania gazu, które w efekcie tworzą chłodniejsze jądro antycyklonu i kręcący się wokół pierścień. Różnica w kierunku kręcenia się wirów wynika z tego, że na Ziemi formują się na dole, a następnie się wznoszą, a na Jowiszu zaczynają powstawać na górze i potem opadają.
W symulacjach oparto się na danych zebranych przez sondę Galileo, która badała planetę i w 2003 roku zanurzyła się w jej atmosferze. Dotarła na 100 km poniżej górnej warstwy chmur zanim uległa zniszczeniu na skutek ciśnienia.
Symulacje pokazują, że prądy powietrzne z wnętrza nie wytwarzają antycyklonów w sposób losowy, ale preferują pewne obszary: okolice biegunów oraz pasy powyżej i poniżej równika. Im dalej od równika, tym mniejsze są rozmiary antycyklonów. Jest to zgodne z wynikami obserwacji.
Obliczenia komputerowe nie są jednak na razie w stanie odwzorować czasu istnienia antycyklonów, który zazwyczaj wynosi do kilku lat, a w modelu zanikają po kilku dniach. Badacze przypuszczają, że wpływ na to mają zbyt duże wartości lepkości gazów przyjęte w symulacjach (duże wartości założono, aby ograniczyć czas potrzebny na dokonanie obliczeń). W efekcie naukowcy nadal nie mogą w swoich symulacjach uzyskać na przykład długotrwałej stabilności Wielkiej Czerwonej Plamy. Na dodatek ma ona charakterystyczny kolor świadczący o tym, że w grę w chodzą jeszcze jakieś inne procesy, których do tej pory nie udało się uwzględnić w modelach.
Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl
Przeczytaj więcej: 
