กระแสน้ำวนขั้วโลกเหนือของดาวเสาร์และรูปหกเหลี่ยมเจ็ตสตรีมโดยรอบซึ่งเห็นได้จากยานแคสสินีของนาซ่าเมื่อวันที่ 25 เมษายน 2017
(ภาพ: © NASA / JPL-Caltech / สถาบันวิทยาศาสตร์อวกาศ)
นักวิทยาศาสตร์ใช้หม้อหมุนขนาดใหญ่เพื่อจำลองบรรยากาศของดาวเสาร์และพวกเขาอาจจะคิดได้ว่าพายุขั้วโลกขนาดยักษ์ของก๊าซรูปร่างเป็นอย่างไร
ด้วยลมที่มาถึงความเร็วที่สูงถึง 1,100 ไมล์ต่อชั่วโมง (1,800 กม. / ชม.) - ในระบบสุริยะของเราดาวเนปจูนเท่านั้นที่สามารถเป็นลมและพายุขนาดโลกบรรยากาศของดาวเสาร์ได้ดึงดูดนักวิจัยนับตั้งแต่พวกเขาดูดีเป็นครั้งแรก ผ่านการสำรวจโดยยานอวกาศ Voyager คู่ของนาซ่าในช่วงต้นทศวรรษ 1980
ในบทความที่ตีพิมพ์ในวันจันทร์ (26 กุมภาพันธ์) ในวารสาร Nature Geoscience ทีมนักวิจัยใช้หม้อหมุนเพื่อทำความเข้าใจบรรยากาศของดาวเสาร์และเอาชนะข้อ จำกัด บางอย่างของวิธีการทั่วไปเช่นการสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ [ภาพถ่ายอันน่าทึ่ง: พายุกระแสน้ำวน Hexagon Vortex]
"มีผู้รู้น้อยมากเกี่ยวกับการพาความร้อนและกระแสน้ำวนในชั้นบรรยากาศลึกของดาวยักษ์ก๊าซดาวเสาร์และดาวพฤหัสบดี" ยาโคฟอาฟานซี่หัวหน้าผู้นำการศึกษากล่าวว่าการเคลื่อนที่ของมหาสมุทรและบรรยากาศของของเหลวและการจำลองแบบจำลองเชิงตัวเลข . "ความเข้าใจในปัจจุบันของเราอยู่บนพื้นฐานของทฤษฎีและการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ในอุดมคติซึ่งยังไม่เข้าใกล้พารามิเตอร์ของบรรยากาศดาวเคราะห์จริง"
หม้อขนาดกว้าง 43 นิ้ว (110 ซม.) ของทีมซึ่งมีน้ำหลายร้อยลิตรถูกทำให้ร้อนจากด้านล่างเพื่อจำลองกระบวนการพาความร้อนที่เกิดขึ้นในอากาศของดาวเสาร์
น้ำอุ่นจากเครื่องทำความร้อนเพิ่มขึ้นในขณะที่น้ำผิวดินซึ่งระบายความร้อนด้วยการระเหยจมลงไปที่ด้านล่าง
“ เราพยายามทำให้น้ำปั่นป่วนยิ่งขึ้นโดยการทำให้ร้อนและดูว่ามันทำงานอย่างไรในถังหมุนซึ่งจำลองการหมุนของดาวเคราะห์” Afanasyev กล่าว "ไม่มีการทดลองหรือแบบจำลองคอมพิวเตอร์สำหรับเรื่องนั้นสามารถจำลองมหาสมุทรหรือชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ในความซับซ้อนทั้งหมดของพวกเขาสิ่งที่เราสามารถทำได้คือการจำลองแบบพลวัตที่สำคัญ"
Afanasyev กล่าวว่าสมาชิกในทีมไม่แน่ใจว่าพวกเขาจะเห็นอะไรเมื่อเริ่มการทดสอบ
"ความสนใจของการศึกษาของเราเปลี่ยนไปเมื่อเราสังเกตเห็นกระแสน้ำวนคล้ายพายุทอร์นาโดในถังของเรา" เขากล่าว "กระแสน้ำวนคล้ายกับยานอวกาศที่สำรวจในบรรยากาศของดาวเสาร์"
Afanasyev และทีมของเขาสนใจเป็นพิเศษในสิ่งที่ผลักดันการสร้างกระแสน้ำวนขั้วทรงพลังซึ่งตั้งอยู่ที่ใจกลางของพายุหกเหลี่ยมแบบถาวรที่รู้จักจากภาพที่ถ่ายโดยยานแคสสินีของนาซ่า การวิจัยก่อนหน้าแสดงให้เห็นว่าพายุหกเหลี่ยมเหล่านี้เกิดจากลำธารของดาวเสาร์ Afanasyev กล่าว
อย่างไรก็ตามกระแสน้ำวนเหมือนพายุเฮอริเคนกลางได้ทำให้งงงวย; นักวิจัยไม่แน่ใจว่าทำไมมันเกิดขึ้นบนเสา แต่การทดลองในหม้อบอกว่าพายุเฮอริเคนขั้วยักษ์อาจเป็นผลมาจากกระแสน้ำวนเล็ก ๆ ที่รวมตัวกันในบริเวณขั้วโลก
"กระแสน้ำวนแรงถูกสร้างขึ้นที่ขั้วโลกอันเป็นผลมาจากการรวมตัวของพายุไซโคลนขนาดเล็ก" นักวิจัยเขียนในกระดาษ "กระแสน้ำวนขั้วโลกพุ่งทะลุไปจนถึงด้านล่างและปรับการไหลเวียนของแอนตี้ - ไซโคลนที่นั่น"
การวิจัยก่อนหน้านี้ชี้ให้เห็นว่าพายุไซโคลนขนาดเล็กสามารถเกิดขึ้นได้ในพื้นที่อื่น ๆ ของโลกและต่อมาก็ถูกผลักไปยังเสาโดยการหมุนและแรงโน้มถ่วง
"การทดลองของเราทำให้เรามีความคิดนี้ แต่เราไม่สามารถมองเห็นไซโคลนขั้วในถังของเรา" Afanasyev กล่าว "เป็นเพราะเราสามารถจำลองบรรยากาศคว่ำเท่านั้นในการทดลองของเรากระแสน้ำวนนั้นจะอยู่ที่ก้นถังมากกว่าที่พื้นผิว"
นักวิจัยจึงต้องหัน "บรรยากาศในหม้อ" กลับหัวกลับหางแบบดิจิทัล
การรวมกันของสองวิธี - รถถังทดลองและการสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ - เป็นสิ่งที่ให้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดเพราะแต่ละแนวทางมีเพียงข้อ จำกัด ที่ร้ายแรงสำหรับการจำลองพฤติกรรมของชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ Afanasyev กล่าว
