Nowe badanie zespołu z MIT proponuje zaskakująco spójne wyjaśnienie: odpowiedź nie leży w tym, co widać w chmurach, tylko w tym, na czym opierają się te wiry głębiej w atmosferze – i pośrednio w tym, co dzieje się jeszcze niżej, w warstwach wnętrza planety.
Sekret ukryty pod chmurami
Naukowcy z MIT: Jiaru Shi i Wanying Kang zasymulowali, jak z chaotycznych przepływów może wyłonić się uporządkowany układ wirów na biegunie gazowego olbrzyma. Kluczowym parametrem okazała się miękkość podstawy wiru – czyli, mówiąc prościej, to, jak zachowuje się ośrodek (gaz/płyn) w dolnej części kolumny wirującego układu. Gdy podstawa jest miękka i lżejsza, wir nie może rosnąć w nieskończoność. Zatrzymuje się na pewnej skali, a obok niego mogą stabilnie współistnieć inne duże wiry. To scenariusz pasujący do Jowisza.
Jeśli jednak podstawa jest twardsza, gęstsza i zapewnia mocniejsze oparcie, wir może rosnąć większy – aż zacznie pochłaniać sąsiadów. Wtedy układ naturalnie dąży do jednego dominującego potwora na biegunie. To z kolei pasuje do Saturna i jego północnej osobliwości atmosferycznej.
Najbardziej eleganckie w tej hipotezie jest to, że łączy dwie rzeczy, które zwykle opisuje się osobno – pogodę (to, co widzimy) i budowę wnętrza (to, czego zobaczyć nie możemy). Zamiast kolejnej listy czynników, mamy mechanizm, który z samego kształtu burz próbuje odczytać, jak zachowuje się materia pod nimi.
Jowisz: cynamonowe bułeczki wielkości pół Ziemi
Juno od 2016 roku zagląda nad bieguny Jowisza z perspektywy, jakiej wcześniej nie mieliśmy, i pokazała coś, co wygląda jak kosmiczny wzór z kalejdoskopu: centralny cyklon, a wokół niego osiem kolejnych, tworzących stabilny pierścień. Z analiz obrazów wynika, że każdy z tych wirów ma około 3000 mil średnicy, czyli mniej więcej 4800 kilometrów – to prawie pół Ziemi w jednym wirze.
Ciekawostka, którą lubię w tej historii: NASA zwracała uwagę, że wiatry w tych burzach mogą dochodzić do ok. 350 km/h, a same układy okazują się zaskakująco trwałe – to nie są epizody na kilka dni, tylko struktury, które potrafią utrzymywać się długo.
Saturn: sześciokąt, który nie powinien istnieć, a jednak trwa
Saturn ma na północy fenomen, który brzmi jak żart z podręcznika: sześciokątny układ strumienia (jet stream) okalający biegun. Pierwsze obserwacje tej struktury pochodzą jeszcze z przelotów Voyagerów w latach 1980–1981, a potem jej obraz i dynamikę świetnie udokumentowała Cassini.
Według MIT rozbieżność między wieloma na Jowiszu i jednym dominującym na Saturnie może wynikać z tego, że Saturn w głębi ma warstwy bardziej metaliczne i bogatsze w materiały zdolne do kondensacji, co sprzyja silniejszej stabilnej stratyfikacji – a więc daje wirówce stabilniejszą, twardszą bazę.
Rewolucja w metodzie: mniej wymiarów, więcej wniosków
Drugi mocny element tej pracy to metoda. Zamiast budować drogie obliczeniowo modele 3D, zespół uzasadnił, że przy bardzo szybkiej rotacji (a Jowisz i Saturn wirują szybko) ruchy płynu mają tendencję do wyrównywania się wzdłuż osi obrotu. W efekcie problem da się sensownie uprościć do modelu 2D, co przyspiesza symulacje nawet o rzędy wielkości i pozwala szybciej testować hipotezy.
Badanie ukazało się w Proceedings of the National Academy of Sciences i jest przykładem tego, jak czasem sprytne uproszczenie daje więcej niż coraz cięższa armatka obliczeniowa.
Najbardziej praktyczny wniosek jest taki: układ wirów na biegunach może być oknem diagnostycznym na wnętrze planet. Nie wwiercimy się w Jowisza i Saturna, nie zrobimy przekroju geologicznego, ale możemy obserwować powierzchniowe wzory przepływu i porównywać je z symulacjami, które zależą od parametrów głębi. W tym sensie geometria burz przestaje być tylko widowiskiem dla teleskopów – staje się narzędziem do mapowania tego, co ukryte pod chmurami.