เครดิตรูปภาพ: NASA / JPL
หากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียเบิร์กลีย์วิสัยทัศน์ของนักฟิสิกส์ดาวพฤหัสบดีถูกต้องดาวเคราะห์ยักษ์จะเข้าสู่การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิโลกครั้งใหญ่ในทศวรรษถัดไปเนื่องจากกระแสน้ำขนาดใหญ่ส่วนใหญ่หายไป
แต่แฟน ๆ ของ Great Red Spot สามารถพักผ่อนได้ง่าย Philip Marcus อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลของ UC Berkeley กล่าวว่ากระแสน้ำวนที่มีชื่อเสียงที่สุดของดาวพฤหัสซึ่งมักจะถูกเปรียบเทียบกับพายุเฮอริเคนของโลกจะยังคงอยู่เนื่องจากส่วนใหญ่อยู่ใกล้กับเส้นศูนย์สูตรของโลก
การใช้วังวนและวนเพื่อเปรียบเทียบ Marcus คาดการณ์ของเขาเกี่ยวกับหลักการที่เรียนรู้ในพลวัตของไหลในระดับจูเนียร์และจากการสังเกตว่ากระแสน้ำวนของจูปิเตอร์หลายแห่งนั้นหายไปในอากาศอย่างแท้จริง
“ ฉันทำนายว่าเนื่องจากการสูญเสียวังวนของอากาศเหล่านี้อุณหภูมิเฉลี่ยของดาวพฤหัสจะเปลี่ยนไปมากถึง 10 องศาเซลเซียสทำให้อากาศอุ่นขึ้นใกล้กับเส้นศูนย์สูตรและเย็นกว่าที่ขั้วโลก” Marcus กล่าว “ การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิทั่วโลกจะทำให้เจ็ตสตรีมไม่เสถียรและจะทำให้เกิดกระแสน้ำวนใหม่ เป็นเหตุการณ์ที่แม้แต่นักดาราศาสตร์ในสวนหลังบ้านก็สามารถเป็นพยานได้”
จากการสำรวจของ Marcus การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเป็นสัญญาณบ่งบอกถึงจุดสิ้นสุดของวัฏจักรสภาพอากาศ 70 ปีของดาวพฤหัสบดี การคาดการณ์ที่น่าประหลาดใจของเขาถูกตีพิมพ์ในวารสาร Nature ฉบับวันที่ 22 เมษายน
บรรยากาศที่มีพายุของดาวพฤหัสมีลำธารเจ็ตมากกว่าหนึ่งโหลที่เดินทางไปในทิศทางสลับกันของทิศตะวันออกและทิศตะวันตกและที่ความเร็วสัญญาณนาฬิกามากกว่า 330 ไมล์ต่อชั่วโมง เช่นเดียวกับโลกกระแสน้ำวนบนดาวพฤหัสบดีที่หมุนตามเข็มนาฬิกาในซีกโลกเหนือถือว่าเป็นแอนติไซโคลนในขณะที่ที่หมุนทวนเข็มนาฬิกาเป็นไซโคลน ตรงกันข้ามเป็นจริงในซีกโลกใต้ที่กระแสน้ำวนตามเข็มนาฬิกาคือไซโคลนและทวนเข็มนาฬิกาทวนเข็มนาฬิกาเป็นแอนติไซโคลน
The Great Red Spot ซึ่งตั้งอยู่ในซีกโลกใต้ถือเป็นชื่อแอนติไซโคลนที่ใหญ่ที่สุดของจูปิเตอร์ ซึ่งมีความกว้าง 12,500 ไมล์มีขนาดใหญ่พอที่จะกลืนโลกได้สองถึงสามครั้ง
ซึ่งแตกต่างจากพายุไซโคลนบนดาวพฤหัสบดีพายุเฮอริเคนและพายุของโลกนั้นเกี่ยวข้องกับระบบแรงดันต่ำและกระจายไปหลายวันหรือหลายสัปดาห์ เมื่อเปรียบเทียบกับจุดแดงใหญ่นั้นเป็นระบบแรงดันสูงที่มีความเสถียรมานานกว่า 300 ปีและไม่แสดงอาการชะลอตัวลง
ประมาณ 20 ปีที่ผ่านมามาร์คัสได้พัฒนาแบบจำลองคอมพิวเตอร์แสดงให้เห็นว่าจุดแดงใหญ่โผล่ออกมาและทนอยู่ในความวุ่นวายวุ่นวายของชั้นบรรยากาศของดาวพฤหัสบดี ความพยายามของเขาในการอธิบายพลวัตที่ควบคุมมันและกระแสน้ำวนอื่น ๆ บนดาวพฤหัสบดีนำไปสู่การคาดการณ์ปัจจุบันของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่กำลังจะเกิดขึ้นในโลก
เขากล่าวว่าวัฏจักร 70 ปีในปัจจุบันเริ่มต้นด้วยการก่อตัวของแอนติไซโคลนที่แตกต่างกันสามชนิดคือ White Ovals ที่พัฒนาทางใต้ของ Great Red Spot ในปี 1939“ การเกิดของ White Ovals ถูกมองผ่านกล้องโทรทรรศน์บนโลก” เขากล่าว “ ฉันเชื่อว่าเราจะได้รับการปฏิบัติที่คล้ายคลึงกันภายใน 10 ปีข้างหน้า”
Marcus กล่าวว่าขั้นตอนแรกของวัฏจักรสภาพอากาศเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของถนนกระแสน้ำวน Anticyclones ก่อตัวขึ้นที่อีกฟากหนึ่งของถนนในขณะที่พายุไซโคลนก่อตัวขึ้นในอีกด้านหนึ่งโดยไม่มีกระแสน้ำวนหมุนวนไปในทิศทางเดียวกันซึ่งอยู่ติดกันโดยตรง
น้ำวนส่วนใหญ่จะสลายตัวช้าลงด้วยความปั่นป่วน เมื่อถึงรอบที่สองของวัฏจักร vortices บางอย่างก็อ่อนแอพอที่จะติดอยู่ในรางน้ำเป็นครั้งคราวหรือคลื่น Rossby ซึ่งก่อตัวในลำธารเจ็ต กระแสน้ำวนสามารถเข้าไปในรางเดียวกันได้ เมื่อพวกเขาทำพวกเขาเดินทางไปด้วยกันและความปั่นป่วนสามารถทำให้พวกเขารวมกันได้อย่างง่ายดาย เมื่อกระแสน้ำวนอ่อนแอการดักจับและการรวมจะดำเนินต่อไปจนกว่าจะมีเหลืออยู่เพียงคู่เดียวในแต่ละกระแสน้ำวน
Marcus กล่าวว่าการหายตัวไปของ White Ovals สองตัวหนึ่งในปี 1997 หรือ 1998 และที่สองในปี 2000 เป็นตัวอย่างของการรวม vortices ในระยะที่สองและเป็นสัญญาณว่า "จุดเริ่มต้นของจุดจบ" ของวงจรสภาพอากาศในปัจจุบันของดาวพฤหัสบดี
ทำไมการรวมตัวของกระแสน้ำวนจึงมีผลกระทบต่ออุณหภูมิโลก Marcus กล่าวว่าอุณหภูมิที่ค่อนข้างคงที่ของดาวพฤหัสซึ่งอุณหภูมิที่ขั้วนั้นเกือบจะเหมือนกับอุณหภูมิของเส้นศูนย์สูตรนั้นเกิดจากการผสมกันระหว่างความร้อนและกระแสลมจากกระแสน้ำที่วุ่นวาย
“ ถ้าคุณเคาะ vortices ทั้งแถวออกไปคุณก็จะหยุดความร้อนที่ละติจูดนั้น ๆ ” Marcus กล่าว “ สิ่งนี้สร้างกำแพงขนาดใหญ่และป้องกันการถ่ายเทความร้อนจากเส้นศูนย์สูตรไปยังเสา”
เมื่อกระแสน้ำวนพอหมดแล้วบรรยากาศของดาวเคราะห์จะอบอุ่นที่เส้นศูนย์สูตรและเย็นลงที่ขั้วโลกโดยมากถึง 10 องศาเซลเซียสในแต่ละภูมิภาคซึ่งเป็นระยะที่สามของวงจรสภาพภูมิอากาศ
การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมินี้ทำให้ลำธารของเจ็ทสั่นไหวซึ่งจะทำปฏิกิริยาโดยกลายเป็นคลื่น คลื่นสูงชันและแตกสลายเหมือนที่ชายหาด แต่จากนั้นพวกเขาก็หมุนวนไปสู่กระแสน้ำวนขนาดใหญ่ใหม่ในรอบที่สี่ของวัฏจักร ในขั้นตอนที่ห้าและสุดท้ายของวงจรสภาพภูมิอากาศกระแสน้ำวนใหม่จะลดขนาดลงและพวกมันก็ตกลงสู่ถนนกระแสน้ำวนเพื่อเริ่มวงจรใหม่
ความอ่อนแอของ vortices เกิดจากความปั่นป่วนและเกิดขึ้นเรื่อย ๆ เมื่อเวลาผ่านไป Marcus กล่าวว่าต้องใช้เวลาประมาณครึ่งศตวรรษในการสร้างกระแสน้ำวนที่เพิ่งตั้งขึ้นใหม่
โชคดีที่จุดแดงใหญ่ใกล้กับเส้นศูนย์สูตรช่วยให้รอดพ้นจากการถูกทำลาย Marcus กล่าวว่าแตกต่างจาก vortices อื่น ๆ ของดาวพฤหัสบดีจุดแดงใหญ่มีชีวิตรอดโดย“ กิน” anticyclones ใกล้เคียง
มาร์คัสตั้งข้อสังเกตว่าทฤษฎีวัฏจักรสภาพอากาศของดาวพฤหัสบดีขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของพายุไซโคลนและแอนติไซโคลนจำนวนเท่า ๆ กันบนโลก
มาร์คัสกล่าวว่าเนื่องจากสัญญาณของกระแสน้ำวนเป็นเมฆที่พวกมันสร้างขึ้นมันจึงง่ายที่จะพลาดการปรากฏตัวของพายุไซโคลนที่มีอายุยาวนาน เขาอธิบายว่าแตกต่างจากจุดที่ชัดเจนของแอนติไซโคลนไซโคลนสร้างรูปแบบของกลุ่มเมฆที่ไม่ชัดเจนอย่างชัดเจน
“ บนใบหน้าของมันมันเป็นเรื่องง่ายที่จะคิดว่าดาวพฤหัสบดีนั้นถูกครอบงำด้วยแอนติไซโคลนเพราะเมฆที่หมุนรอบตัวของพวกมันปรากฏอย่างชัดเจนราวกับดวงตาของวัว” มาร์คัสกล่าว
ในกระดาษในธรรมชาติ Marcus นำเสนอการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์แสดงให้เห็นว่าศูนย์กลางอันอบอุ่นและปริมณฑลที่เย็นกว่าของพายุไซโคลนสร้างลักษณะที่ปรากฏของกลุ่มเมฆ filamentary ในทางตรงกันข้าม anticyclones มีศูนย์เย็นและปริมณฑลที่อบอุ่น ผลึกน้ำแข็งที่ก่อตัวในใจกลางแอนติไซโคลนจะพองตัวขึ้นและเคลื่อนไปด้านข้างที่พวกมันละลายทำให้เกิดการหมุนวนที่มืดกว่าโดยรอบศูนย์ที่มีสีจางลง
มาร์คัสเข้าใกล้การศึกษาชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์จากมุมมองแบบไม่คงที่ของนักพลศาสตร์ของเหลว “ ฉันใช้การคาดการณ์ของฉันเกี่ยวกับกฎง่ายๆของการเปลี่ยนแปลงของกระแสน้ำวนแทนที่จะใช้ข้อมูลจำนวนมหาศาลหรือตัวแบบบรรยากาศที่ซับซ้อน” มาร์คัสกล่าว
Marcus กล่าวว่าบทเรียนเกี่ยวกับสภาพอากาศของดาวพฤหัสบดีอาจเป็นเพราะการรบกวนเล็กน้อยสามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงระดับโลก อย่างไรก็ตามเขาเตือนไม่ให้ใช้แบบจำลองเดียวกันกับสภาพอากาศของโลกซึ่งได้รับอิทธิพลจากปัจจัยต่าง ๆ มากมายทั้งจากธรรมชาติและที่มนุษย์สร้างขึ้น
“ ถึงกระนั้นมันเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องมี 'แล็บ' สำหรับสภาพภูมิอากาศที่แตกต่างกัน "มาร์คัสกล่าว “ การศึกษาโลกอื่นช่วยให้เราเข้าใจตัวเองดีขึ้นแม้ว่าพวกเขาจะไม่ได้คล้ายกันโดยตรง”
งานวิจัยของมาร์คัสได้รับการสนับสนุนจากโครงการนาซา Origins โครงการดาราศาสตร์และพลาสมาฟิสิกส์ของมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติและห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอสอาลามอส
แหล่งต้นฉบับ: UC Berkeley News Release
