Nowe badania sugerują, że uderzająco odmienne warunki pogodowe na biegunach Jowisza i Saturna – na jednym zdominowanym przez masywny sześciokąt, a drugim na centralnym wirze otoczonym ośmioma mniejszymi burzami – mogą być bezpośrednio powiązane ze składem ich wewnętrznych warstw. To przełom oferuje nowy sposób pośredniego badania głębokich warstw tych gazowych gigantów, które w przeciwnym razie byłyby niedostępne dla bezpośredniej obserwacji.
Tajemnica polarna
Przez dziesięciolecia astronomowie zastanawiali się, dlaczego Jowisz i Saturn, pomimo podobnych rozmiarów i składu chemicznego, wykazują tak kontrastujące wzorce pogody polarnej. Biegun północny Jowisza charakteryzuje się centralnym wirem otoczonym przez osiem mniejszych, wirujących burz, każda o szerokości około połowy Ziemi. Dla kontrastu, na biegunie północnym Saturna znajduje się pojedynczy, kolosalny sześciokątny wir, który rozciąga się na oszałamiającą długość 29 000 kilometrów.
Różnica ta pozostała niewyjaśniona, ponieważ obie planety składają się głównie z wodoru i helu. Modelowanie przeprowadzone przez badaczy z MIT sugeruje, że odpowiedź leży w „stałości” gazu u podstawy wirów polarnych.
Symulacja zachowania wirowego
Zespół przeprowadził złożone symulacje, zmieniając czynniki, takie jak rozmiar planety, prędkość obrotowa, ciepło wewnętrzne i gęstość gazu u podstawy wiru. Odkryli, że bardziej miękkie, lżejsze podłoże gazowe sprzyja tworzeniu się wielu wirów, co widać na Jowiszu, podczas gdy twardsze, gęstsze podłoże sprzyja pojedynczemu dominującemu wirowi – odzwierciedlającemu sześciokątną burzę Saturna.
„Nasze badanie pokazuje, że wewnętrzne właściwości i miękkość podstawy wiru wpływają na powierzchniowe przepływy płynów” – wyjaśnia Wangying Kang, członek zespołu badawczego. „Powiązanie między wzorami pogody na powierzchni a wnętrzami planet nie zostało wcześniej ustalone”.
Implikacje dla składu planet
Wyniki sugerują, że Saturn może mieć solidniejszą i bardziej warstwową strukturę wewnętrzną niż Jowisz. Może to wynikać z wyższego stężenia cięższych pierwiastków, takich jak metale lub materiały skondensowane wewnątrz Saturna, co mogłoby zwiększyć gęstość jego niższych warstw atmosfery. Z drugiej strony Jowisz wydaje się być zbudowany z bardziej miękkich i lżejszych gazów.
Odkrycie to jest znaczące, ponieważ zapewnia pośrednią metodę badania wnętrz gazowych olbrzymów. Bezpośrednie badanie głębin tych planet jest niemożliwe przy użyciu obecnej technologii, dlatego to powiązanie między zjawiskami powierzchniowymi a strukturą wewnętrzną jest nieocenione. Badanie, przyjęte do publikacji w Proceedings of the National Academy of Sciences, opiera się na danych uzyskanych z misji NASA Juno i Cassini, które dostarczyły szczegółowe obrazy burz polarnych na Jowiszu i Saturnie w ciągu ostatnich dwóch dekad.
Zrozumienie wewnętrznej struktury gazowych gigantów ma kluczowe znaczenie nie tylko dla nauk planetarnych, ale także dla udoskonalenia modeli powstawania i ewolucji planet. Ujawniając fundamentalny związek między warunkami pogodowymi na powierzchni a głęboko zakorzenionym składem, badania te otwierają nowe możliwości odkrywania tajemnic tych kolosalnych światów.
