El vórtice polar norte de Saturno y el hexágono de la corriente en chorro circundante, visto por la nave espacial Cassini de la NASA el 25 de abril de 2017.
(Imagen: © NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute)
Los científicos usaron una gran olla giratoria para simular la atmósfera de Saturno, y pueden haber descubierto cómo se forman las tormentas polares masivas del gigante gaseoso.
Con vientos que alcanzan velocidades asombrosas de hasta 1,100 mph (1,800 km / h), en nuestro sistema solar, solo Neptuno puede ser más ventoso, y tormentas del tamaño de la Tierra, la atmósfera de Saturno ha fascinado a los investigadores desde que la vieron por primera vez. a través de observaciones de la nave espacial gemela Voyager de la NASA a principios de la década de 1980.
En un artículo publicado el lunes (26 de febrero) en la revista Nature Geoscience, un equipo de investigadores utilizó la olla giratoria para comprender mejor la atmósfera de Saturno y superar algunas de las limitaciones de los métodos más convencionales, como el modelado por computadora. [Fotos impresionantes: Tormentas de vórtices hexagonales extrañas de Saturno]
"Se sabe muy poco sobre la convección y los vórtices en las atmósferas profundas de los gigantes gaseosos Saturno y Júpiter", dijo el líder del estudio, Yakov Afanasyev, profesor de dinámica experimental de fluidos atmosféricos y oceánicos y modelación numérica de flujos geofísicos en la Universidad Memorial de Terranova, en Canadá. . "Nuestra comprensión actual se basa en teorías y simulaciones informáticas bastante idealizadas, que aún no se acercan a los parámetros de las atmósferas planetarias reales".
La olla del equipo de 43 pulgadas de ancho (110 centímetros), que contiene varios cientos de litros de agua, se calentó desde abajo para simular procesos convectivos que tienen lugar en el aire de Saturno.
El agua calentada por el calentador subió, mientras que el agua superficial, que se enfrió por evaporación, se hundió hacia el fondo.
"Estábamos tratando de hacer que el agua sea más turbulenta calentándola y ver cómo se comporta en el tanque giratorio, que simula la rotación del planeta", dijo Afanasyev. "Ningún experimento, o modelo de computadora, puede modelar un océano o la atmósfera de un planeta en toda su complejidad. Lo que podemos hacer es modelar la dinámica esencial".
Afanasyev dijo que los miembros del equipo no estaban completamente seguros de lo que verían cuando comenzaran el experimento.
"El enfoque de nuestro estudio ha cambiado cuando observamos múltiples vórtices pequeños, similares a tornados en nuestro tanque", dijo. "Los vórtices se parecen a los observados por las naves espaciales en la atmósfera de Saturno".
Afanasyev y su equipo estaban particularmente interesados en lo que impulsa la creación de poderosos vórtices polares ubicados en el centro de tormentas hexagonales persistentes conocidas a partir de imágenes tomadas por la nave espacial Cassini de la NASA. Investigaciones anteriores mostraron que estas tormentas hexagonales son causadas por la corriente en chorro de Saturno, dijo Afanasyev.
Sin embargo, los vórtices centrales parecidos a los huracanes han sido desconcertantes; Los investigadores no están seguros de por qué ocurren en los polos. Pero el experimento de la marihuana sugirió que los huracanes polares gigantes podrían ser el resultado de la fusión de múltiples vórtices más pequeños en la región polar.
"Se crea un fuerte vórtice en el polo como resultado de las fusiones de ciclones a pequeña escala", escribieron los investigadores en el documento. "El vórtice polar penetra hasta el fondo y altera la circulación anticiclónica allí".
Investigaciones previas sugirieron que pueden surgir ciclones más pequeños en otras áreas del planeta y posteriormente ser conducidos hacia los polos por la combinación de su rotación y gravedad.
"Nuestros experimentos nos dieron esta idea, pero no pudimos ver los ciclones polares en nuestro tanque", dijo Afanasyev. "Es porque solo podemos modelar una atmósfera invertida en nuestro experimento. El vórtice estaría en el fondo del tanque en lugar de en la superficie".
Por lo tanto, los investigadores tuvieron que cambiar digitalmente la "atmósfera en una maceta".
La combinación de los dos enfoques, el modelo experimental de tanque y computadora, es lo que ofrece los mejores resultados, porque cada enfoque solo tiene serias limitaciones para simular el comportamiento de atmósferas planetarias, dijo Afanasyev.
