Waarom de zeshoek van Saturnus een echte hoofdpijn is voor natuurkundigen

Dit artikel is niet geschreven door de redactie van La Dépêche du Midi, maar komt van partnersite The Conversation.

Saturnus is een van de gasvormige planeten zware stormen. Onder deze stormen is de “zeshoek van Saturnus” een continu roterend zeshoekig wolkenpatroon boven de noordpool van Saturnus. De perfect rechte zijden van de zeshoek meten ongeveer 13.800 km … tornado Ongeveer 32.000km. Ter vergelijking: de diameter van de aarde is “slechts” 12.742 kilometer.

Deze uitzonderlijke tornado verandert qua uiterlijk weinig in tijd en ruimte en lijkt altijd op een zeshoek, in tegenstelling tot andere wolken in de zichtbare atmosfeer die voortdurend van ruimtelijke organisatie veranderen.

De zeshoek van Saturnus werd voor het eerst gedetecteerd door twee Voyager-sondes in 1981-1982, maar de beelden waren niet van geweldige kwaliteit. Hij was Het werd opnieuw bestudeerd door de Cassini-Huygens-missie in 2006.

Net als op aarde zijn de polen alleen in bepaalde seizoenen naar de zon gericht (bijvoorbeeld in de zomer voor de Noordpool); En de rest van de tijd zijn ze ondergedompeld in duisternis … vooral omdat het seizoen op Saturnus ongeveer zeven jaar duurt. Cassini kon dus tot januari 2009 alleen infraroodbeelden maken. Toen de zeshoek de zon ontmoette, werd hij zichtbaar in zichtbaar licht, wat het mogelijk maakte om Orkaanvideo Evenals om de informatie die het werk van astrofysici voedt met optische spectra aan te vullen Meer compleet, in zichtbaar en infrarood.

Waarom is het de enige zeshoekige orkaan op Saturnus en nergens anders?

Net als Jupiter en zijn rode vlek vertegenwoordigt Saturnus voor onderzoekers a Astrofysisch gigantisch laboratorium voor vloeistofmechanica.

Sterker nog, deze bijzondere zeshoek moet nog voldoen aan de wetten van de natuurkunde. Over het algemeen moet astronomische waarneming worden begrepen en verklaard vanuit de invalshoek van de fysica door middel van een model (bestaande uit vergelijkingen of experimenten) om de betrokken verschijnselen te begrijpen. Astronomie biedt tegenwoordig toegang tot complexe fenomenen (zoals zeshoeken), en om ze te begrijpen hebben we modellen nodig die rekening houden met de aard van hemellichamen en de manier waarop ze evolueren. Meestal zijn deze gasvormig, we hebben het over “vloeistofmechanica”.

De recente ontwikkeling van de astrofysische vloeistofmechanica houdt vooral verband met de ontwikkeling van numerieke simulaties, die het mogelijk maken om situaties te verkennen die nog nooit in het laboratorium of in de ruimte zijn waargenomen: welke voorwaarden zijn bijvoorbeeld nodig om een ​​zeshoekige tornado waar te nemen? Hoe reageert een orkaan als de windrichting verandert?

Er zijn verschillende werken verschenen over het hexagram van Saturnus. Men kan zich melden Benaderingen van het numerieke simulatietype en zelfs experimenteel.

Een voorgesteld scenario is het volgende: Saturnus is, net als Jupiter, een gasvormige planeet en zijn onstabiele atmosfeer komt voortdurend complexe stromingen tegen die lijken op stormen, stralen, stromingen en draaikolken, en dit is ongeacht de hoogte. Met name de Luchtstromen op laag niveau kunnen wervelingen van verschillende groottes veroorzaken. Hier zouden deze uitstromen een grotere horizontale stroom omringen die naar het oosten waait rond de noordpool van Saturnus, die zelf uit verschillende kleinere stormen bestaat. Al deze kleine stormen houden de stroming vast in de poolrichting en vervormen bepaalde jets tot zeshoeken. Dus dit idee werd omgezet in een fysiek model en vervolgens gesimuleerd – maar de simulatie vormde een negenzijdige geometrie, in plaats van de zes waargenomen. Aan de andere kant bewijst de stabiliteit van deze geometrie dat het beoogde mechanisme, zonder het waargenomen resultaat te geven, niet noodzakelijkerwijs defect is.

Een andere hypothese is dat Zeshoeken ontwikkelen zich waar er een zeer sterke variatie is in de atmosferische windsnelheid Op bepaalde breedtegraden in de atmosfeer van Saturnus. Soortgelijke regelmatige vormen kunnen in het laboratorium worden gemaakt door een vloeistof in een cirkelvormige tank met verschillende snelheden in het midden en aan de rand te laten draaien. De meest voorkomende vorm was zeszijdig (vandaar zeshoekig), en er werden ook drie- tot achtzijdige vormen geproduceerd.

Deze laboratoriumversies zijn echter “onvolledig”. In feite omvatten ze de wervelingen die de randen van de zeshoeken verankeren Saturnus is volledig onafhankelijk van enige stabiliserende draaikolk.

De mysteries die de zeshoeken van Saturnus produceren, zijn nog lang niet onthuld … vooral sinds in 2018 prof Een soortgelijke structuur wordt waargenomen op 300 km ten zuiden van de Noordpool ! Deze ontmoedigende uitdaging lijkt voorbestemd om de creativiteit van onderzoekers op het gebied van astrofysische vloeistofdynamica voor een lange tijd aan te scherpen.

Walid Mohly Hij is docent en onderzoeker natuurkunde aanECE Parijs.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf Gesprek Onder Creative Commons-licentie. Lees deHet originele artikel.