«Начиная с первых наблюдений Джованни Кассини с помощью телескопа в середине 17 века, звездочеты интересовались полосами и пятнами Юпитера», — говорит Мориц Хеймпель, профессор физики из Университета Альберты, чье исследование позволило моделировать наблюдаемые явления. Полосы, на которые он ссылается, указывают на струйные потоки, а пятна — на штормы; Heimpel изучает динамику между ними.«Среднестатистический гражданин теперь может взять телескоп на заднем дворе и увидеть структуры, о которых мы пишем сегодня. Однако даже в нынешнюю эпоху, когда космический корабль Кассини вращается вокруг Сатурна, а корабль Юнона приближается к Юпитеру, есть серьезные споры о динамике движения атмосферы планет-гигантов ". Хеймпель отмечает, что, несмотря на 350 лет наблюдений, происхождение и динамика планетарных реактивных течений и вихрей или планетных бурь остаются дискуссионными.
При моделировании слоя мелкой погоды не удалось адекватно воспроизвести струйные течения на Юпитере и Сатурне, в то время как предыдущие модели глубоких потоков не воспроизводили вихри. Хеймпель и его коллеги подняли эту задачу на новый уровень, используя уравнения гидродинамики и суперкомпьютеры для создания более реалистичных симуляций, дающих представление о происхождении обеих особенностей. «Один из главных вопросов, который у нас есть, — насколько глубоко проникают эти структуры?» — говорит Хеймпель. «Эти штормы встроены в эти струйные потоки, и нет твердой поверхности, которая могла бы их остановить.
Наше моделирование предполагает, что струйные потоки уходят глубоко внутрь, в то время как штормы довольно мелкие». В отличие от сильных штормов на Земле, которые в конечном итоге теряют пар после столкновения с землей, планетарные бури могут продолжаться веками.«По сути, наши исследования основаны на любопытстве, а наши идеи основываются на наблюдениях. У нас есть множество идей, полученных в рамках космических миссий НАСА и наземных телескопов», — говорит Хеймпель. «Теперь мы хотим сопоставить наблюдения с теорией».
Хеймпель отмечает, что он и его коллеги продвинут свои исследования еще дальше в наступающем году с космическим кораблем Juno, который прибудет на одну из полярных орбит Юпитера летом 2016 года, а миссия Cassini — на заключительном этапе — выйдет на полярную орбиту. Сатурна в 2017 году. «Эти две миссии будут ключевыми для проверки некоторых предсказаний нашего компьютерного моделирования. И, что более важно, миссии приведут к новым вопросам и противоречиям, которые мы будем решать с помощью еще более сложного анализа».Хеймпель и его группа из Университета Альберты — одна из немногих групп в Канаде, которые используют мощные суперкомпьютеры для решения проблем глобальной атмосферной и внутренней динамики планет.
Группа является частью Compute Canada, национализированной системы распределения ресурсов между университетами.Для этой статьи Хеймпель объединился с двумя исследователями — Томасом Гастином и Йоханнесом Вихтом — из Института исследований солнечной системы им.
Макса Планка в Германии. Результаты «Моделирование глубинных зональных струй и мелких вихрей в гигантских газовых атмосферах» были опубликованы в журнале Nature Geoscience.