Simulações em computador explicam tempo selvagem de Júpiter.
- 2 de dez. de 2015
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Comparação de uma imagem do telescópio espacial Hubble de Júpiter e as novas simulações de computador. A imagem (à esquerda) mostra nuvens de Júpiter modelado por fortes ventos. Bandas de vento leste ea ocidente produzir as listras coloridas. Turbilhões anticiclónica são reconhecíveis como pontos mais brilhantes na parte inferior da imagem. Com um diâmetro de 16.000 km, a Grande Mancha Vermelha é o maior furacão no nosso sistema solar. Na simulação de computador (à direita) ventos anti-ciclônicos são mostrados em azul, ventos ciclónicos em vermelho. Os anéis ciclónicos são também visíveis como anéis escuras na imagem Júpiter (esquerda). Crédito da imagem: NASA / JPL / University of Alberta / MPS.
Os inúmeros turbilhões que cobrem Jupiter são causadas por fluxos de gás ascendentes originários profundamente dentro do planeta gigante. Esta é a conclusão a que chegou por cientistas da Universidade de Alberta (Canadá) e do Instituto Max Planck para a pesquisa do sistema solar (MPS) na Alemanha após simulações de computador extensas. Os fluxos ascendentes são desviados em maior altitude, as camadas de gás estáveis e rodou pela força de Coriolis. Pela primeira vez, o novo modelo for bem-sucedido para simular que Júpiter-vendavais ocorrem predominantemente em bandas largas norte e ao sul do equador. Lá, a Grande Mancha Vermelha pode ser encontrado, um anticiclone gigante na atmosfera do planeta que tem se mantido estável ao longo dos séculos. O modelo também explica por que as tempestades de Júpiter girar no sentido oposto daqueles na Terra. Os investigadores relatam seus resultados na revista Nature Geoscience.
A atmosfera do gigante gasoso Júpiter é um lugar turbulento. Correntes de jato leste-oeste e amplas dirigir nuvens de amônia grãos congelados ao redor do planeta a velocidades de 550 quilômetros por hora (340 milhas por hora). Outras regiões são dominadas por enormes turbilhões de longa duração. A maior delas é a Grande Mancha Vermelha, um anticiclone gigante, que mede até duas vezes o diâmetro da Terra e existe há pelo menos 350 anos. Até agora, como exatamente estes fenómenos meteorológicos originam, não pôde ser explicado de forma abrangente.
Turbilhões de Júpiter girar oposta à rotação do planeta, isto é, dos ponteiros do relógio no sentido horário anti-norte e no hemisfério sul. Na Terra furacões girar no sentido oposto.Como as tempestades de Júpiter são formados e por que eles são tão diferentes daqueles na Terra tem sido controverso. "Nossa simulação computadorizada de alta resolução mostra agora que uma interação entre os movimentos no interior profundo do planeta e uma camada estável exterior é crucial", resume Johannes Wicht das MPS.
Júpiter é constituído essencialmente por hidrogénio e hélio. Devido à alta pressão das massas sobrepostas, esta mistura torna-se metálico electricamente condutor e, assim, a cerca de 90 por cento do raio do planeta. Além disso fora, existe o gás no seu não-metálicos "estado normal." As medições sugerem que a parte mais externa dessa camada, que abriga os eventos climáticos observáveis, é estavelmente estratificada.
A nova simulação realizada pelos pesquisadores canadenses e alemães pela primeira vez considerar essa camada estável em um modelo de computador elaborado. "Nós simulamos somente os mais altos 7.000 quilômetros da camada de não-metálicos, porque o campo magnético diminui significativamente para baixo a dinâmica em regiões mais profundas. O exterior de 5 por cento dessa camada correspondente ao exterior 350 quilômetros são estavelmente estratificada ", diz MPS cientista Thomas Gastine.
Impulsionado pelo calor ainda mais dentro do núcleo do planeta gigante, gás sobe para cima em pacotes - semelhantes a ebulição de água em uma panela. No entanto, as camadas de ar estáveis sobrejacentes proporcionar uma espécie de barreira. "Só quando a flutuabilidade do pacote de gás é suficientemente forte, ele pode penetrar nesta camada e estende-se horizontalmente. Sob a influência da rotação planetária, o movimento horizontal é rodado, tal como é observado para os furacões na Terra ", diz Wicht. Quando o gás esfriou o suficiente, ele afunda de novo nas profundezas da atmosfera. "A interação da flutuabilidade, do movimento horizontal, movimento de rotação, e subsidência dá origem a uma assinatura característica que corresponde bem às observações reais do planeta", diz Wicht. Isso inclui um núcleo anticyclonic mais frio com um diâmetro típico e um anel ciclônica que surge onde o gás afunda para baixo novamente.
"Ciclones na Terra formar de uma maneira semelhante," diz Wicht. Há, também, a força de Coriolis de rotação do planeta redemoinhos massas de ar ascendentes para cima. No entanto, os ciclones na Terra rodar na direcção oposta a partir daqueles em Júpiter. O motivo: Em Júpiter, os vórtices são formados quando subir a gás esforça-se para além da atmosfera superior. Na Terra, no entanto, começam na parte inferior, onde converge ar e, em seguida, sobe.
"Simular as condições na atmosfera de Júpiter é complicado uma vez que muitas propriedades desta região não são bem conhecidos", explica Gastine. Os pesquisadores dependem de dados de missão Galileo da NASA. uma pequena sonda libertada do ofício do espaço penetrou mais de 100 quilômetros abaixo da camada de nuvens, até que foi destruída a uma pressão de 24 bar.
Esquerda: A imagem da NASA de Jupiter tomada do telescópio espacial Hubble. Direita: Os resultados de uma simulação 3-D de escoamento atmosférico profunda de Jupiter. A imagem dá vista globais da vorticidade axial (curvatura da velocidade do fluido) na fronteira externa, o limite interior e em um corte meridional. Pontos azuis são anticiclones, que são predominantes em Júpiter e girar no sentido oposto tempestades ciclônicos da Terra. Na simulação, os anticiclones estão cercados por filamentos ciclônicos, que também têm sido observados em Júpiter. A imagem também revela a vorticidade do zonal de cisalhamento, que é muito mais fraca do que a de vórtices. O fluxo interior é visto no corte meridional para ser fortemente moldada por rotação global. Crédito da imagem: NASA / JPL / University of Alberta / MPS.
Como resultado, os novos cálculos de oferecer uma imagem muito realista das camadas superiores da atmosfera de Júpiter: as correntes a partir do interior não produzem os anticiclones aleatoriamente, mas de preferência na proximidade dos pólos, bem como em certas faixas acima e abaixo O equador. A dimensão destes recursos diminui com o aumento da distância a partir do equador. Isto é consistente com as observações. "O padrão é determinado pela dinâmica dentro do planeta, e em particular pela interação do aumento pacotes de gases com as correntes de jato leste e oeste, que o modelo de computador também reproduz de forma realista", diz Wicht.
"No entanto, não fomos capazes de captar a vida real dos anticiclones corretamente", acrescenta. Enquanto típicos de Júpiter-anticiclones duram até de alguns anos, as tempestades modelo dissolver depois de apenas alguns dias. Isto é muito provavelmente devido ao valor irrealista para a viscosidade de gases de Júpiter que os investigadores assumidas pelos seus cálculos. Foi escolhido deliberadamente demasiado elevada, a fim de limitar o tempo de processamento necessário.
Mas mesmo com uma viscosidade mais realista e ilimitado poder de computação, a surpreendente estabilidade da Grande Mancha Vermelha não poderia ser alcançado. "Estamos apenas começando a entender os fenômenos climáticos de Júpiter", explica Wicht. "Além de seu tamanho e durabilidade, a Mancha Vermelha tem outras características especiais, como a sua cor característica. Processos adicionais parecem estar envolvidos aqui que nós ainda não compreender ".
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