Forskare vid Baskiens universitet (UPV/EHU),
Universitat Politècnica de Catalunya – BarcelonaTech (UPC) och Barcelona
Supercomputing Center har analyserat historiska observationer tillbaks till 1600-talet
och har utvecklat numeriska modeller för att förklara livslängden och
karaktären av den stora röda fläcken i Jupiters atmosfär (en storm) . Spekulationer om ursprunget
till stormen går tillbaka till de första teleskopobservationerna som
gjordes av fläcken av astronomen Giovanni Domenico Cassini 1665 som sedan
observerades av honom och andra astronomer fram till 1713.
Den var sedan försvunnen i 118 år och
det var inte förrän astronom S. Schwabe
återigen observerade den på samma latitud på Jupiter igen under 1831. Sedan dess har fläcken
observerats regelbundet med hjälp av teleskop och sonder som har besökt Jupiters
närområde ända fram till idag.
I studien analyserade forskarna först utvecklingen
av dess storlek över tid, dess struktur och rörelserna i formationerna.
Den röda fläcken, som 1879 var 39 000 km stor vid
sin längsta axel har krympt till ungefär nuvarande 14 000 km och samtidigt
blivit mer rundad i sin form.
Fera rymdsonder har sedan 1970-talet
studerat detta meteorologiska fenomen noga. Nyligen har "olika instrument
ombord på Juno i omloppsbana runt Jupiter visat att den vertikalt är
cirka 500 km lång, beskriver Sánchez-Lavega professor i fysik vid UPV/EHU.
För att ta reda på hur denna enorma virvel kan ha bildats utförde UPV/EHU- och UPC-teamen numeriska simuleringar med hjälp av spanska superdatorer, såsom BSC:s MareNostrum IV, som är en del av det spanska superdatornätverket (RES), med hjälp av två typer av kompletterande datamodeller undersöktes beteendet hos tunna virvlar i Jupiters atmosfär. På Jupiter dominerar intensiva vindströmmar som flyter längs parallellerna och alternerar i sin riktning med latituden. Norr om GRS (Jupiter's Great Red Spot) blåser vindarna i västlig riktning med hastigheter på 180 km/h medan de i söder blåser i motsatt riktning (i östlig riktning) med hastigheter på ca150 km/h. Detta genererar en enorm nord-sydlig vinkelförändring i vindhastighet, vilket är en grundläggande orsak till virveln att växa inuti den röda fläcken.
I forskningen undersöktes en rad mekanismer för att
förklara uppkomsten av den röda fläcken, inklusive när utbrottet av denna
gigantiska superstorm skedde historiskt.
Resultaten indikerar att även om en anticyklon
bildas i båda fallen, skiljer den sig i form och dynamiska egenskaper från de
nuvarande stormarna. – Vi tror också att om ett av dessa ovanliga fenomen hade
inträffat, så måste det eller dess konsekvenser i atmosfären ha observerats och
rapporterats av astronomer historiskt, beskriver Sánchez-Lavega.
I en tredje uppsättning numeriska experiment utforskade forskargruppen genereringen av den röda fläcken utifrån en känd instabilitet i vindarna som tros kunna producera en långsträckt cell som omsluter och fångar vindarna. En sådan cell skulle vara en proto-röd fläck, en begynnande röd fläck, vars efterföljande krympning skulle ge upphov till den kompakta och snabbt roterande storm som observerades i slutet av 1800-talet. Bildandet av stora långsträckta celler har redan observerats i uppkomsten av andra stora virvlar på Jupiter.
– I våra
simuleringar har superdatorer gjort det möjligt för oss att upptäcka att de
långsträckta cellerna är stabila när de roterar runt periferin av GRS med
Jupiters vindhastighet, vilket man kan förvänta sig då de bildas på grund av
denna instabilitet, beskriver Enrique García-Melendo, forskare vid UPC:s avdelning
för fysik. Med hjälp av två olika typer av numeriska modeller, en vid UPV/EHU
och den andra vid UPC, drog forskarna slutsatsen att om rotationshastigheten
för en proto-röd fläck är lägre än för de omgivande vindarna, kommer proto- röda
fläckar att brytas upp, vilket gör bildandet av en stabil virvel omöjlig. Och
om den är mycket stark skiljer sig egenskaperna hos proto- röda fläcken från den nuvarande röda fläcken.
Framtida forskning kommer att syfta till att försöka
reproducera den röda fläckens krympning över tid för att mer i detalj ta reda
på de fysikaliska mekanismer som ligger till grund för dess hållbarhet över
tid. Samtidigt kommer de att försöka förutsäga om röda fläcken kommer att
upplösas och försvinna när den nått en storleksgräns eller om den kommer att
stabiliseras vid en storleksgräns där den kan hålla igång många år till.
Studien har publicerats i tidskriften Geophysical
Research Letters of the American Geophysical Union.
Bild vikipedia på Jupiters röda fläck. Ett stort
röd- eller brunfärgat anticykloniskt stormsystem i planeten Jupiters atmosfär
vid 22:a breddgraden söder om Jupiters ekvator.
