Il vortice polare nord di Saturno e l'esagono jet-stream circostante, visto dal veicolo spaziale Cassini della NASA il 25 aprile 2017.
(Immagine: © NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute)
Gli scienziati hanno usato un grosso vaso rotante per simulare l'atmosfera di Saturno e potrebbero aver capito come prendono forma le enormi tempeste polari del gigante gassoso.
Con venti che raggiungono velocità sbalorditive fino a 1.100 mph (1.800 km / h) - nel nostro sistema solare, solo Nettuno può essere più ventoso - e tormenta le dimensioni della Terra, l'atmosfera di Saturno ha affascinato i ricercatori da quando hanno avuto i primi buoni sguardi su di essa tramite osservazioni del veicolo spaziale gemellare Voyager della NASA nei primi anni '80.
In un articolo pubblicato lunedì (26 febbraio) sulla rivista Nature Geoscience, un team di ricercatori ha usato il vaso rotante per comprendere meglio l'atmosfera di Saturno e superare alcuni dei limiti dei metodi più convenzionali, come la modellazione al computer. [Stunning Photos: Saturn's Weex Hexagon Vortex Storms]
"Si sa molto poco sulla convezione e sui vortici nelle profonde atmosfere dei giganti gassosi Saturno e Giove", ha dichiarato il leader dello studio Yakov Afanasyev, professore di dinamica sperimentale dei fluidi oceanici e atmosferici e modellistica numerica dei flussi geofisici alla Memorial University di Newfoundland, in Canada . "La nostra attuale comprensione si basa su teorie e simulazioni al computer abbastanza idealizzate, che non si avvicinano ancora ai parametri delle atmosfere planetarie reali."
La pentola della squadra larga 43 pollici (110 centimetri), che contiene diverse centinaia di litri d'acqua, è stata riscaldata dal basso per simulare i processi convettivi che si svolgono nell'aria di Saturno.
L'acqua riscaldata dal riscaldatore si alzava, mentre l'acqua di superficie, raffreddata dall'evaporazione, affondava verso il fondo.
"Stavamo cercando di rendere l'acqua più turbolenta riscaldandola e vedere come si comporta nel serbatoio rotante, che simula la rotazione del pianeta", ha detto Afanasyev. "Nessun esperimento, o modello informatico per quella materia, può modellare un oceano o l'atmosfera di un pianeta in tutta la sua complessità. Quello che possiamo fare è modellare la dinamica essenziale."
Afanasyev ha detto che i membri del team non erano del tutto sicuri di cosa avrebbero visto quando avessero iniziato l'esperimento.
"Il focus del nostro studio è cambiato quando abbiamo osservato più piccoli vortici simili a tornado nel nostro serbatoio", ha detto. "I vortici assomigliano a quelli osservati dall'astronave nell'atmosfera di Saturno."
Afanasyev e il suo team erano particolarmente interessati a ciò che guida la creazione di potenti vortici polari situati al centro di persistenti tempeste esagonali conosciute da immagini prese dal veicolo spaziale Cassini della NASA. Ricerche precedenti hanno mostrato che queste tempeste esagonali sono causate dal flusso di jet di Saturno, ha detto Afanasyev.
I vortici centrali simili a uragani, tuttavia, sono stati sconcertanti; i ricercatori non sono sicuri del motivo per cui si verificano sui poli. Ma l'esperimento in vaso ha suggerito che gli uragani polari giganti potrebbero essere il risultato della fusione di più vortici più piccoli nella regione polare.
"Un forte vortice viene creato al polo a seguito di fusioni di cicloni su piccola scala", hanno scritto i ricercatori nel documento. "Il vortice polare penetra fino in fondo e altera la circolazione anticiclonica lì."
Ricerche precedenti hanno suggerito che cicloni più piccoli possono insorgere in altre aree del pianeta e successivamente essere guidati verso i poli dalla combinazione della sua rotazione e gravità.
"I nostri esperimenti ci hanno dato questa idea, ma non siamo stati in grado di vedere i cicloni polari nel nostro serbatoio", ha detto Afanasyev. "È perché possiamo solo modellare un'atmosfera capovolta nel nostro esperimento. Il vortice sarebbe sul fondo del serbatoio piuttosto che sulla superficie."
I ricercatori hanno quindi dovuto capovolgere digitalmente "l'atmosfera in una pentola".
La combinazione dei due approcci - il serbatoio sperimentale e la modellazione computerizzata - è ciò che offre i migliori risultati, perché ogni approccio da solo ha seri limiti per simulare il comportamento delle atmosfere planetarie, ha detto Afanasyev.
