Теперь геофизик из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Джонатан Аурну и его сотрудники в Марселе, Франция, впервые смоделировали джеты Юпитера в лаборатории. Их работа демонстрирует, что ветры, вероятно, простираются на тысячи миль ниже видимой атмосферы Юпитера.
Это исследование опубликовано в Интернете в журнале Nature Physics.«Мы можем реализовать эти особенности в компьютере, но мы не можем реализовать их в лаборатории», — сказал Аурноу, профессор Земли, планет и космических наук Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, который последние десять лет изучал компьютерные модели закрученных ветров. «Если у нас есть теоретическое понимание системы, мы сможем создать аналоговую модель».Задача воссоздания закрученных ветров в лаборатории заключалась в создании модели планеты с тремя ключевыми атрибутами, которые, как считается, необходимы для формирования струй: быстрое вращение, турбулентность и «эффект кривизны», имитирующий сферическую форму планеты. По словам Аурноу, предыдущие попытки создать струи в лаборатории часто терпели неудачу, потому что исследователи не могли вращать свои модели достаточно быстро или создавать достаточную турбулентность.
Прорывом для команды Аурно стало новое лабораторное оборудование. Исследователи использовали стол, построенный на воздушных подшипниках, который может вращаться со скоростью 120 оборотов в минуту и ??выдерживать нагрузку до 1000 кг (около 2200 фунтов), что означает, что он может вращать большой резервуар с жидкостью на высокой скорости таким образом, чтобы имитировать Быстрое вращение Юпитера.Ученые наполнили мусор промышленного размера 400 литрами (около 105 галлонов) воды и поставили его на стол. Когда контейнер вращался, вода хлестала по его сторонам, образуя параболу, которая приблизительно соответствовала изогнутой поверхности Юпитера.
«Чем быстрее он шел, тем лучше мы имитировали чрезвычайно сильные эффекты вращения и кривизны, существующие на планетах», — сказал Арноу. Но команда обнаружила, что 75 оборотов в минуту были практическим пределом: достаточно быстро, чтобы заставить жидкость принимать сильно изогнутую форму, но достаточно медленно, чтобы вода не вылилась наружу.
Пока банка вращалась, ученые использовали насос под фальш-полом, чтобы прокачать воду через ряд впускных и выпускных отверстий, что создало турбулентность — одно из трех критических условий эксперимента. Эта турбулентная энергия была направлена ??на создание струй, и в течение нескольких минут поток воды превратился в шесть концентрических потоков, движущихся в чередующихся направлениях.
«Это первый случай, когда кто-либо продемонстрировал, что сильные струи, похожие на те, что есть на Юпитере, могут развиваться в реальной жидкости», — сказал Арноу.Исследователи пришли к выводу, что струи были глубокими, потому что они могли видеть их на поверхности воды, даже несмотря на то, что они создавали турбулентность на дне.Исследователи с нетерпением ждут возможности проверить свои прогнозы на реальных данных с Юпитера, и им не придется долго ждать: космический зонд НАСА Juno сейчас находится на орбите Юпитера, собирая данные об его атмосфере, магнитном поле и внутреннем пространстве.
Первоначальные результаты миссии Juno были представлены на заседании Американского геофизического союза в декабре в Сан-Франциско, и Арноу был там.«Данные Juno с самого первого пролета мимо Юпитера показали, что структуры из газообразного аммиака простирались более чем на 60 миль внутрь Юпитера, что стало большим шоком для научной группы Juno», — сказал Аурноу. «Исследователи UCLA будут играть важную роль в объяснении данных».
В этом году Аурну и его команда будут использовать суперкомпьютеры в Аргоннской национальной лаборатории в Аргонне, штат Иллинойс, для моделирования динамики внутренних пространств и атмосферы Юпитера. Они также продолжат свою работу в лаборатории в Марселе, чтобы сделать симуляцию прядильного стола более сложной и реалистичной.Одна из целей — добавить тонкий, стабильный слой жидкости поверх вращающейся воды, который будет действовать как тонкий внешний слой атмосферы Юпитера, ответственный за погоду на планете.
Исследователи полагают, что это поможет им смоделировать такие объекты, как знаменитое Большое красное пятно Юпитера.