Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà nghiên cứu tạo ra một mô hình 3D mới có thể giải thích sự hình thành của một cơn bão hình lục giác trên sao Thổ – một cơn bão có đường kính khoảng 20.000 dặm.
Với hệ thống các vòng băng giá chói lọi, Sao Thổ đã là một chủ đề bị mê hoặc từ thời cổ đại. Ngay cả hiện tại, hành tinh thứ sáu tính từ mặt trời vẫn còn nhiều bí ẩn, một phần vì khoảng cách của nó ở xa khiến việc quan sát trực tiếp trở nên khó khăn và một phần vì ngôi sao khí khổng lồ này (có kích thước gấp nhiều lần hành tinh của chúng ta) có thành phần và bầu khí quyển, chủ yếu là hydro và heli, vì vậy không giống như của Trái đất. Tìm hiểu thêm về nó có thể mang lại một số hiểu biết sâu sắc về việc tạo ra hệ mặt trời.
Một trong những bí ẩn của Sao Thổ liên quan đến cơn bão lớn có hình lục giác ở cực bắc của nó. Vòng xoáy sáu cạnh là một hiện tượng khí quyển đã thu hút các nhà khoa học hành tinh kể từ khi nó được phát hiện vào những năm 1980 bởi chương trình American Voyager, và chuyến thăm tiếp theo vào năm 2006 của sứ mệnh Mỹ-Âu Cassini-Huygens. Cơn bão có đường kính khoảng 20.000 dặm và được bao bọc bởi dải gió thổi lên đến 300 dặm một giờ. Một cơn bão giống như nó không tồn tại trên bất kỳ hành tinh hoặc mặt trăng nào khác đã biết.
Hai trong số nhiều nhà khoa học biến-hành-tinh-liên-hành-tinh làm việc để khám phá bí mật của kỳ quan này là Jeremy Bloxham, Giáo sư Địa vật lý Mallinckrodt, và cộng sự nghiên cứu Rakesh K. Yadav, người làm việc trong phòng thí nghiệm của Bloxham tại Khoa Trái đất của Harvard và Khoa học hành tinh. Trong một bài báo được xuất bản gần đây trên tạp chí PNAS , các nhà nghiên cứu bắt đầu nghiên cứu về cách mà cơn lốc hình thành.
Yadav cho biết: “Chúng tôi thường xuyên nhìn thấy các cơn bão trên Trái đất và chúng luôn xoắn ốc, đôi khi là hình tròn, nhưng không bao giờ là thứ có các đoạn hình lục giác hoặc đa giác có cạnh. Điều đó thực sự ấn tượng và hoàn toàn bất ngờ. [Câu hỏi trên Sao Thổ là] làm thế nào mà một hệ thống lớn như vậy hình thành và làm thế nào một hệ thống lớn như vậy có thể không thay đổi trên hành tinh lớn này?”
Bằng cách tạo ra một mô hình mô phỏng 3D của bầu khí quyển của Sao Thổ, Yadev và Bloxham tin rằng liệu họ có đang tìm ra câu trả lời hay không.
Trong bài báo của mình, các nhà khoa học nói rằng cơn bão có vẻ ngoài không tự nhiên xảy ra khi khí quyển chảy sâu bên trong Sao Thổ tạo ra các xoáy lớn và nhỏ (hay còn gọi là lốc xoáy) bao quanh một luồng phản lực ngang lớn hơn thổi về phía đông gần cực bắc của hành tinh, nơi cũng có một số cơn bão bên trong nó. Các cơn bão nhỏ hơn tương tác với hệ thống lớn hơn và kết quả là kẹp chặt tia phản lực phía đông một cách hiệu quả và giam giữ nó trên đỉnh hành tinh. Quá trình véo làm cong dòng chảy thành một hình lục giác.
Yadav, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Máy bay phản lực này đang đi vòng quanh hành tinh, và nó phải cùng tồn tại với những cơn bão địa phương [nhỏ hơn] này. Hãy nghĩ về nó như thế này: “Hãy tưởng tượng chúng ta có một sợi dây cao su và chúng ta đặt một loạt các sợi dây cao su nhỏ hơn xung quanh nó và sau đó chúng ta chỉ bóp toàn bộ từ bên ngoài. Vòng trung tâm đó sẽ bị nén một vài inch và tạo thành một số hình dạng kỳ lạ với một số cạnh nhất định. Về cơ bản đó là vật lý của những gì đang xảy ra. Chúng ta có những cơn bão nhỏ hơn này và về cơ bản chúng đang chèn ép những cơn bão lớn hơn ở vùng cực và vì chúng phải cùng tồn tại, bằng cách nào đó chúng phải tìm ra không gian để về cơ bản là từng hệ thống. Bằng cách đó, chúng sẽ tạo ra hình dạng đa giác này. “
Mô hình mà các nhà nghiên cứu tạo ra cho thấy cơn bão ở độ sâu hàng nghìn km, nằm sâu bên dưới các đỉnh mây của Sao Thổ. Mô phỏng mô phỏng lớp ngoài của hành tinh và chỉ bao phủ khoảng 10% bán kính của nó. Trong một thí nghiệm kéo dài một tháng mà các nhà khoa học thực hiện, mô phỏng trên máy tính cho thấy một hiện tượng gọi là đối lưu nhiệt sâu – xảy ra khi nhiệt được truyền từ nơi này sang nơi khác bằng sự chuyển động của chất lỏng hoặc khí – có thể bất ngờ làm phát sinh các dòng khí quyển tạo ra xoáy thuận lớn ở vùng cực và kiểu phản lực hướng đông vĩ độ cao. Các nhà khoa học cho biết, khi những hỗn hợp này ở trên đỉnh tạo thành hình dạng bất ngờ, và do các cơn bão hình thành sâu bên trong hành tinh, nên các nhà khoa học cho biết nó khiến hình lục giác trở nên dữ dội và dai dẳng.
Đối lưu là lực tương tự gây ra lốc xoáy và bão trên Trái đất. Tương tự như việc đun sôi một nồi nước: Nhiệt từ đáy truyền lên bề mặt lạnh hơn, khiến mặt trên nổi bọt. Đây là nguyên nhân được cho là gây ra nhiều cơn bão trên sao Thổ, vốn là một ngôi sao khí khổng lồ, không có bề mặt rắn như Trái đất.
Các nhà nghiên cứu viết trong bài báo tháng 6: “Mô hình dòng chảy hình lục giác trên sao Thổ là một ví dụ nổi bật về khả năng tự tổ chức hỗn loạn”. “Mô hình của chúng tôi đồng thời và tự nhất quán tạo ra các phản lực địa phương xen kẽ, xoáy thuận cực và các cấu trúc đa giác giống hình lục giác tương tự như những cấu trúc quan sát được trên Sao Thổ.”
Tuy nhiên, thứ mà mô hình không tạo ra là một hình lục giác. Thay vào đó, hình dạng mà các nhà nghiên cứu nhìn thấy là một đa giác chín cạnh di chuyển nhanh hơn bão của Sao Thổ. Tuy nhiên, hình dạng đóng vai trò là bằng chứng khái niệm cho luận điểm tổng thể về cách hình dạng hùng vĩ được hình thành và tại sao nó tương đối không thay đổi trong gần 40 năm.
Mối quan tâm đến cơn bão lục giác của Sao Thổ bắt nguồn từ năm 1988, khi nhà thiên văn học David A. Godfrey phân tích dữ liệu bay từ các chuyến đi qua Sao Thổ năm 1980 và 1981 của tàu vũ trụ Voyager và báo cáo khám phá này. Nhiều thập kỷ sau, từ 2004 đến 2017, tàu vũ trụ Cassini của NASA đã chụp được một số hình ảnh rõ ràng nhất và nổi tiếng nhất về sự bất thường trước khi lao xuống hành tinh này.
Tương đối ít thông tin về cơn bão vì hành tinh này mất 30 năm để quay quanh mặt trời, để lại một trong hai cực trong bóng tối trong thời gian đó. Chẳng hạn, Cassini chỉ chụp ảnh nhiệt của cơn bão khi nó đến vào năm 2004. Ngay cả khi mặt trời chiếu vào cực bắc của sao Thổ, các đám mây dày đến mức ánh sáng không thể xuyên sâu vào hành tinh.
Bất kể, nhiều giả thuyết tồn tại về cách cơn bão hình thành. Hầu hết tập trung vào hai trường phái tư tưởng: Một cho rằng hình lục giác nông và chỉ sâu hàng trăm km; cái còn lại cho thấy các phản lực địa đới sâu hàng nghìn km.
Phát hiện của Yadev và Bloxham dựa trên lý thuyết thứ hai, nhưng cần phải bao gồm thêm dữ liệu khí quyển từ Sao Thổ và tinh chỉnh thêm mô hình của họ để tạo ra một bức tranh chính xác hơn về những gì đang xảy ra với cơn bão. Nhìn chung, bộ đôi hy vọng những phát hiện của họ có thể giúp vẽ nên bức chân dung về hoạt động trên Sao Thổ nói chung.
Theo quan điểm khoa học, bầu khí quyển thực sự quan trọng trong việc xác định tốc độ nguội đi của một hành tinh. Tất cả những thứ bạn nhìn thấy trên bề mặt, về cơ bản chúng là biểu hiện của việc hành tinh đang nguội đi và hành tinh đang nguội đi cho chúng ta biết nhiều điều về những gì đang xảy ra bên trong hành tinh. Động lực khoa học về cơ bản là hiểu sao Thổ hình thành và cách nó phát triển theo thời gian.
Nguồn truyện:
Tài liệu do Đại học Harvard cung cấp . Bản gốc do Juan Siliezar viết. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.
Tham khảo Tạp chí :