Αποκαλύφθηκε το μυστήριο των υπερηχητικών ανέμων στους αέριους γίγαντες του Ηλιακού Συστήματος

Για δεκαετίες, οι επιστήμονες προσπαθούσαν να λύσουν ένα από τα πιο αινιγματικά φαινόμενα των πλανητών-γιγάντων του Ηλιακού Συστήματος. Σε πλανήτες όπως ο Δίας, ο Κρόνος, ο Ουρανός και ο Ποσειδώνας, πνέουν άνεμοι με ταχύτητες που ξεπερνούν τα 2.000 χιλιόμετρα την ώρα, δημιουργώντας εντυπωσιακές ζώνες και ταινίες στην ατμόσφαιρά τους. Ωστόσο, το παράδοξο ήταν πάντα το εξής: γιατί οι άνεμοι σε κάποιους πλανήτες κινούνται προς τα ανατολικά (όπως στον Διά και τον Κρόνο), ενώ σε άλλους, όπως στον Ουρανό και τον Ποσειδώνα, πνέουν προς τα δυτικά;

Η απάντηση φαίνεται να βρέθηκε χάρη σε μια νέα μελέτη από το Netherlands Research School of Astronomy (NOVA), υπό την καθοδήγηση της Keren Duer-Milner, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα και προτείνει μια ενιαία φυσική εξήγηση για όλα τα φαινόμενα των αέριων γιγάντων.

Ένα ενιαίο μοντέλο για διαφορετικούς ανέμους

Η ερευνητική ομάδα αναπτύσσει ένα μοντέλο που δείχνει πως δεν χρειάζονται διαφορετικές εξηγήσεις για κάθε πλανήτη, αλλά πως μια κοινή φυσική διεργασία μπορεί να εξηγήσει και τις δύο κατευθύνσεις των ανέμων. Το μυστικό κρύβεται στην ίδια τη δομή και στο βάθος της ατμόσφαιρας κάθε πλανήτη.

Σύμφωνα με τη μελέτη:

• Όλα ξεκινούν από τις εσωτερικές κινήσεις μεταφοράς θερμότητας (convection), δηλαδή τη ροή θερμού αερίου από τα βαθύτερα στρώματα προς τα πάνω, παρόμοια με τις φυσαλίδες που ανεβαίνουν σε ένα βραστό κατσαρολάκι νερού.
• Καθώς οι πλανήτες αυτοί περιστρέφονται με τεράστιες ταχύτητες, οι ανοδικές και καθοδικές ροές αερίων παραμορφώνονται από τη δύναμη Coriolis, σχηματίζοντας τους χαρακτηριστικούς ζωνικούς ανέμους που περιβάλλουν τον ισημερινό τους.

Η καθοριστική λεπτομέρεια εντοπίζεται στο λεγόμενο σημείο διακλάδωσης (bifurcation point) — ένα σημείο όπου το σύστημα μπορεί να σταθεροποιηθεί σε δύο διαφορετικές καταστάσεις:

• με ανέμους προς τα ανατολικά, ή
• με ανέμους προς τα δυτικά.

Η κατεύθυνση που τελικά επικρατεί εξαρτάται από το πόσο βαθιά εκτείνεται η ζώνη μεταφοράς θερμότητας στο εσωτερικό του πλανήτη.

Το βάθος κάνει τη διαφορά

Η μελέτη δείχνει ότι η βάση της διαφοράς ανάμεσα στους πλανήτες δεν είναι η σύσταση ή η ταχύτητα περιστροφής τους, αλλά το βάθος της μεταφορικής περιοχής (convective layer):

• Στους Δία και Κρόνο, η ζώνη αυτή είναι πολύ βαθιά, γεγονός που προκαλεί ανατολικούς ανέμους— δηλαδή οι ροές αερίων κινούνται προς την ίδια κατεύθυνση με την περιστροφή του πλανήτη.
• Στους Ουρανό και Ποσειδώνα, αντίθετα, η ζώνη μεταφοράς είναι πιο ρηχή, οδηγώντας σε δυτικούς ανέμους, που κινούνται αντίθετα από την περιστροφή.

Με αυτή τη θεώρηση, οι αντίθετες κατευθύνσεις των ανέμων δεν είναι αποτέλεσμα διαφορετικών μηχανισμών, αλλά διαφορετικών συνθηκών βάθους. Πρόκειται για μια απλή αλλά κομψή εξήγηση που ενώνει τα ατμοσφαιρικά φαινόμενα όλων των γιγάντων αερίων σε ένα ενιαίο φυσικό πλαίσιο.

Άνεμοι με ταχύτητα ρεκόρ

Οι αριθμοί που συνοδεύουν το φαινόμενο παραμένουν εντυπωσιακοί.

• Οι άνεμοι στους πλανήτες-γιγάντες κυμαίνονται από 500 έως και πάνω από 2.000 χιλιόμετρα την ώρα, καθιστώντας τους τους πιο γρήγορους ανέμους στο Ηλιακό Σύστημα.
• Οι ταχύτητες αυτές είναι τόσο υψηλές, ώστε μπορούν να μεταμορφώσουν ολόκληρες περιοχές των πλανητικών ατμοσφαιρών, δημιουργώντας τεράστιους κυκλώνες και στροβιλισμούς χιλιάδων χιλιομέτρων, όπως η διάσημη Μεγάλη Ερυθρά Κηλίδα του Διά.

Προσομοιώσεις και επιβεβαιώσεις

Η ομάδα της NOVA δοκίμασε το νέο μοντέλο μέσω προηγμένων αριθμητικών προσομοιώσεων και μοντέλων παγκόσμιας κυκλοφορίας (GCM), που λαμβάνουν υπόψη τις φυσικές ιδιότητες και την περιστροφή κάθε πλανήτη.

Τα αποτελέσματα ταιριάζουν εντυπωσιακά με τις παρατηρήσεις που έχει ήδη συλλέξει η αποστολή Juno της NASA, η οποία συνεχίζει να μελετά τον Διά και την πολύπλοκη ατμόσφαιρά του. Οι επόμενες συγκρίσεις με δεδομένα από μελλοντικές αποστολές αναμένεται να επιβεβαιώσουν περαιτέρω το νέο μοντέλο.

Επιπτώσεις πέρα από το Ηλιακό Σύστημα

Η νέα αυτή ανακάλυψη ξεπερνά τα όρια του δικού μας Ηλιακού Συστήματος. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι το ίδιο φυσικό μοντέλο μπορεί να εξηγήσει και τα φαινόμενα που παρατηρούνται σε εξωπλανήτες — δηλαδή πλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από άλλα αστέρια.

Πολλοί από αυτούς τους εξωπλανήτες είναι γίγαντες αερίων με παρόμοιες θερμοκρασίες και συνθήκες πίεσης, επομένως η κατανόηση των ρευμάτων στους Διά και Ποσειδώνα θα μπορούσε να αποκαλύψει κρίσιμα στοιχεία για την ατμοσφαιρική δυναμική και την εξέλιξή τους.

Ένα βήμα πιο κοντά στην κατανόηση των πλανητικών ανέμων

Η επικεφαλής της έρευνας, Keren Duer-Milner, τόνισε:

Η ανακάλυψη αυτή μας βοηθά να κατανοήσουμε όχι μόνο τους ανέμους του Διά ή του Ποσειδώνα, αλλά και τους νόμους που διέπουν την ατμοσφαιρική φυσική σε ολόκληρο το Σύμπαν.

Το μοντέλο αυτό δίνει μια νέα φυσική διάσταση στη μελέτη των πλανητικών συστημάτων: δείχνει ότι οι ίδιες θεμελιώδεις αρχές μπορούν να εξηγήσουν φαινόμενα σε κόσμους που διαφέρουν χιλιάδες φορές μεταξύ τους σε μάζα, θερμοκρασία και σύσταση.

Με λίγα λόγια, η έρευνα της NOVA δίνει τέλος σε ένα μυστήριο που ταλαιπωρούσε την αστρονομία εδώ και δεκαετίες. Οι υπερηχητικοί άνεμοι των πλανητών-γιγάντων δεν είναι πια ένα αίνιγμα, αλλά ένα εντυπωσιακό παράδειγμα του πώς η φυσική τάξη μπορεί να προκύψει μέσα από το χάος των αέριων γιγάντων του Διαστήματος.

[source]