stringtranslate.com

Шестиугольник Сатурна

Частичный вид северного полюса Сатурна, 2016 г.

Шестиугольник Сатурна — это устойчивая приблизительно шестиугольная облачная структура вокруг северного полюса планеты Сатурн , расположенного примерно на 78° с. ш. [1] [2] [3] Стороны шестиугольника имеют длину около 14 500 км (9 000 миль), [4] [5] [6] [7] что примерно на 2 000 км (1 200 миль) длиннее диаметра Земли . [8] Шестиугольник может быть немного больше 29 000 км (18 000 миль) в ширину, [9] может быть 300 км (190 миль) в высоту и может представлять собой струйное течение, состоящее из атмосферных газов, движущихся со скоростью 320 км/ч (200 миль/ч). [4] [5] [10] Он вращается с периодом 10 ч 39 мин 24 с , что соответствует периоду радиоизлучения Сатурна из его недр. [11] Шестиугольник не смещается по долготе, как другие облака в видимой атмосфере. [12]

Шестиугольник Сатурна был обнаружен во время миссии Вояджер в 1981 году, а затем повторно исследован Кассини-Гюйгенсом в 2006 году. Во время миссии Кассини шестиугольник изменил цвет с преимущественно синего на более золотистый. Южный полюс Сатурна не имеет шестиугольника, что подтверждено наблюдениями Хаббла . Однако у него есть вихрь , и также есть вихрь внутри северного шестиугольника. [13] Было разработано несколько гипотез о шестиугольной структуре облаков.

Открытие

Сатурн, сфотографированный в 2021 году с помощью 6-дюймового телескопа, на котором смутно виден полярный шестиугольник

Полярный шестиугольник Сатурна был обнаружен Дэвидом Годфри в 1987 году [14] путем объединения изображений, полученных с помощью пролета миссии «Вояджер» 1981 года [15] [16] , и повторно исследован в 2006 году миссией «Кассини» [17] .

Кассини смог сделать только тепловые инфракрасные снимки шестиугольника, пока он не оказался в солнечном свете в январе 2009 года. [18] Кассини также смог снять видео шестиугольной погодной картины, двигаясь с той же скоростью, что и планета, таким образом зафиксировав только движение шестиугольника. [19]

После его открытия и после того, как он снова оказался на солнце, астрономам-любителям удалось получить изображения шестиугольника с Земли, даже с помощью телескопов скромного размера. [20] [ самостоятельно опубликованный источник? ]

Цвет

2013 и 2017: изменение цвета шестиугольника

В период с 2012 по 2016 год шестиугольник изменил цвет с преимущественно синего на более золотистый. [21] Одна из теорий этого заключается в том, что солнечный свет создает дымку, поскольку полюс подвергается воздействию солнечного света из-за смены сезона. Эти изменения были замечены космическим аппаратом Кассини . [21]

Пояснения к форме шестиугольника

Изображение в ложных цветах, полученное с помощью зонда «Кассини» центрального вихря глубоко внутри шестиугольного образования.

Одна из гипотез, разработанная в Оксфордском университете, заключается в том, что шестиугольник образуется там, где существует крутой широтный градиент скорости атмосферных ветров в атмосфере Сатурна. [22] Похожие правильные формы были созданы в лаборатории, когда круглый резервуар с жидкостью вращался с разной скоростью в его центре и на периферии. Наиболее распространенной формой была шестигранная, но также были получены формы с тремя-восьмью сторонами. Формы образуются в области турбулентного потока между двумя различными вращающимися жидкими телами с разными скоростями. [22] [23] Ряд устойчивых вихрей схожего размера образуются на более медленной (южной) стороне границы жидкости, и они взаимодействуют друг с другом, равномерно распределяясь по периметру. Наличие вихрей влияет на границу, перемещая ее на север, где присутствует каждый из них, и это приводит к эффекту многоугольника. [23] Полигоны не образуются на границах ветра, если только разность скоростей и параметры вязкости не находятся в определенных пределах и, следовательно, не присутствуют в других вероятных местах, таких как южный полюс Сатурна или полюса Юпитера.

Другие исследователи утверждают, что лабораторные исследования демонстрируют вихревые дорожки , ряд спиральных вихрей, не наблюдаемых в шестиугольнике Сатурна. Моделирование показывает, что неглубокий, медленный, локализованный извилистый струйный поток в том же направлении, что и преобладающие облака Сатурна, способен соответствовать наблюдаемому поведению шестиугольника Сатурна с той же граничной стабильностью. [24]

Развивающаяся баротропная неустойчивость системы северного полюса Сатурна с гексагональной циркумполярной струей (Jet) и северным полярным вихрем (NPV) создает долгоживущую структуру, похожую на наблюдаемый шестиугольник, что не относится к системе Jet-only, которая изучалась в этом контексте в ряде статей в литературе. Таким образом, NPV играет решающую динамическую роль в стабилизации шестиугольных струй. Влияние влажной конвекции, которая, как недавно предполагалось в литературе, лежит в основе системы NPV Сатурна, исследуется в рамках модели баротропной вращающейся мелководной воды и не меняет выводы. [25]

Математическое исследование, проведенное в 2020 году в лаборатории Энди Ингерсолла Калифорнийского технологического института , показало, что стабильное геометрическое расположение многоугольников может возникнуть на любой планете, когда шторм окружен кольцом ветров, вращающихся в противоположном направлении относительно самого шторма, называемым антициклоническим кольцом или антициклоническим экранированием. [26] [27] Такое экранирование создает градиент завихренности на фоне соседнего циклона, вызывая взаимное отталкивание между циклонами (аналогично эффекту бета-дрейфа ). Несмотря на то, что полярный циклон на Сатурне, по-видимому, защищен, он не может удерживать полигональную структуру околополярных циклонов, таких как циклоны Юпитера, из-за большего размера и меньшей скорости ветра полярного циклона Сатурна, поэтому боковые вихри и глубокая баротропная неустойчивость (измерения скорости ветра Кассини исключают более мелкую баротропную неустойчивость, по крайней мере, во время встречи Кассини) или, возможно, бароклинная неустойчивость остаются наиболее жизнеспособными объяснениями устойчивого шестиугольника Сатурна. [28]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Godfrey, DA (1988). «Шестиугольная особенность вокруг северного полюса Сатурна». Icarus . 76 (2): 335–356. Bibcode :1988Icar...76..335G. doi :10.1016/0019-1035(88)90075-9.
  2. ^ Санчес-Лавега, А.; Лекашё, Ж.; Колас, Ф.; Лакес, П. (1993). «Наземные наблюдения северного полярного пятна и шестиугольника Сатурна». Science . 260 (5106): 329–32. Bibcode :1993Sci...260..329S. doi :10.1126/science.260.5106.329. PMID  17838249. S2CID  45574015.
  3. ↑ Overbye, Dennis (6 августа 2014 г.). «Storm Chasing on Saturn». New York Times . Получено 6 августа 2014 г.
  4. ^ ab Sánchez-Lavega, A.; et al. (7 марта 2014 г.). «Долгосрочное устойчивое движение шестиугольника Сатурна и устойчивость его замкнутого струйного течения при сезонных изменениях». Geophysical Research Letters . 41 (5): 1425–1431. arXiv : 2402.06371 . Bibcode : 2014GeoRL..41.1425S. doi : 10.1002/2013GL059078. S2CID  130345071.
  5. ^ ab Fletcher, LN; et al. (3 сентября 2018 г.). «Шестиугольник в северной стратосфере Сатурна, окружающий возникающий летний полярный вихрь». Nature Communications . 9 (3564): 3564. arXiv : 1809.00572 . Bibcode :2018NatCo...9.3564F. doi :10.1038/s41467-018-06017-3. PMC 6120878 . PMID  30177694. 
  6. ↑ Имстер, Элеанор (12 августа 2014 г.). «Глаз Сатурна». Earth & Sky . Получено 13 сентября 2018 г. .
  7. ^ Уильямс, Мэтт (10 мая 2017 г.). «Шестиугольник Сатурна станет звездой финала Кассини». Universe Today . Получено 13 сентября 2018 г.
  8. ^ "Новые изображения показывают странное шестиугольное облако Сатурна". NBC News . 12 декабря 2009 г. Получено 5 декабря 2013 г.
  9. ^ ПРИМЕЧАНИЕ: Ширина (диаметр) плоского шестиугольника в два раза больше стороны (радиуса); но поскольку планета Сатурн приближается к сплющенному сфероиду , радиус такого шестиугольника может быть немного больше длины его стороны (т. е. 14 500 км), что делает ширину (диаметр) немного больше 29 000 км.
  10. ^ Уолл, Майк (4 сентября 2018 г.). «Странный шестиугольник на Сатурне может быть высотой 180 миль». Space.com . Получено 4 сентября 2018 г.
  11. ^ Godfrey, DA (1990). «Период вращения полярного шестиугольника Сатурна». Science . 247 (4947): 1206–8. Bibcode :1990Sci...247.1206G. doi :10.1126/science.247.4947.1206. PMID  17809277. S2CID  19965347.
  12. ^ Бейнс, Кевин Х.; Момэри, Томас У.; Флетчер, Ли Н.; Шоумен, Адам П.; Рус-Сероте, Маартен; Браун, Роберт Х.; Буратти, Бонни Дж.; Кларк, Роджер Н.; Николсон, Филип Д. (2009). «Северный полярный циклон Сатурна и шестиугольник на глубине, обнаруженные Cassini/VIMS». Планетная и космическая наука . 57 (14–15): 1671–1681. Bibcode : 2009P&SS...57.1671B. doi : 10.1016/j.pss.2009.06.026.
  13. ^ Санчес-Лавега, А.; Перес-Ойос, С.; Френч, РГ (2002). "Наблюдения за динамикой атмосферы на Южном полюсе Сатурна с помощью космического телескопа Хаббл с 1997 по 2002 год". Американское астрономическое общество . 34 : 13.07. Bibcode : 2002DPS....34.1307S. Архивировано из оригинала 5 сентября 2008 года.
  14. ^ Godfrey, DA (11.11.1988). «Шестиугольная особенность вокруг северного полюса Сатурна». Icarus . 76 (2): 335–356. Bibcode :1988Icar...76..335G. doi :10.1016/0019-1035(88)90075-9. ISSN  0019-1035.
  15. ^ Колдуэлл, Джон; Турджен, Бенуа; Хуа, Синь-Мин; Барнет, Кристофер Д.; Вестфаль, Джеймс А. (1993). «Дрейф северного полярного пятна Сатурна, наблюдаемый космическим телескопом Хаббл». Science . 260 (5106): 326–329. Bibcode :1993Sci...260..326C. doi :10.1126/science.260.5106.326. PMID  17838248. S2CID  26837742.
  16. ^ Ядав, Ракеш К.; Блоксхэм, Джереми (2020-06-23). ​​«Глубокая вращающаяся конвекция порождает полярный шестиугольник на Сатурне». Труды Национальной академии наук . 117 (25): 13991–13996. arXiv : 2007.08958 . Bibcode : 2020PNAS..11713991Y. doi : 10.1073/pnas.2000317117 . ISSN  0027-8424. PMC 7322008. PMID 32513703  . 
  17. ^ "Странный шестиугольник Сатурна". NASA . 27 марта 2007 г. Получено 1 мая 2013 г.
  18. ^ «Таинственный шестиугольник Сатурна появляется из зимней тьмы». NASA. 9 декабря 2009 г. Архивировано из оригинала 24 апреля 2016 г. Получено 1 мая 2013 г.
  19. ↑ Сотрудники (4 декабря 2013 г.). «Космический аппарат NASA Cassini получил лучшие виды шестиугольника Сатурна». Лаборатория реактивного движения (NASA) . Получено 5 декабря 2013 г.
  20. ^ Флетчер, Ли (31 января 2013 г.). «Шестиугольник Сатурна, вид с Земли». Планетарные странствия.
  21. ^ ab Staff (21 октября 2016 г.). «Изменение цветов на севере Сатурна». NASA . Получено 26 декабря 2016 г.
  22. ^ ab Barbosa Aguiar, Ana C.; Read, Peter L.; Wordsworth, Robin D.; Salter, Tara; Hiro Yamazaki, Y. (2010). «Лабораторная модель северного полярного шестиугольника Сатурна». Icarus . 206 (2): 755–763. Bibcode :2010Icar..206..755B. doi :10.1016/j.icarus.2009.10.022.
  23. ^ ab Lakdawalla, Emily (4 мая 2010 г.). «Шестиугольник Сатурна воссоздан в лаборатории». Planetary.org . Получено 2014-02-07 .
  24. ^ Моралес-Хубериас, Р.; Саянаги, К. М.; Саймон, А. А.; Флетчер, Л. Н.; Косентино, Р. Г. (2015). «Меандрирующая неглубокая атмосферная струя как модель северного полярного шестиугольника Сатурна». The Astrophysical Journal . 806 (1): L18. Bibcode :2015ApJ...806L..18M. doi : 10.1088/2041-8205/806/1/L18 .
  25. ^ Ростами, Масуд; Цейтлин, Владимир; Спига, Эмерик (2017). «О динамической природе северного полярного шестиугольника Сатурна» (PDF) . Icarus . 297 : 59–70. Bibcode : 2017Icar..297...59R. doi : 10.1016/j.icarus.2017.06.006. S2CID  59473881.
  26. ^ "Ученые разгадывают тайну полигональных штормов Юпитера". Sky News . Получено 25.09.2020 .
  27. ^ Ли, Ченг; Ингерсолл, Эндрю П.; Клипфель, Александра П.; Бреттл, Харриет (2020). «Моделирование устойчивости полигональных узоров вихрей на полюсах Юпитера, выявленных космическим аппаратом Juno». Труды Национальной академии наук . 117 (39): 24082–24087. Bibcode : 2020PNAS..11724082L. doi : 10.1073/pnas.2008440117 . PMC 7533696. PMID  32900956 . 
  28. ^ Гавриил, Нимрод; Каспи, Йохай (2021). «Число и расположение циркумполярных циклонов Юпитера, объясненные динамикой вихреобразования». Nature Geoscience . 14 (8): 559–563. arXiv : 2110.09422 . Bibcode :2021NatGe..14..559G. doi :10.1038/s41561-021-00781-6. ISSN  1752-0894. S2CID  236096014.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме:
Полюса Сатурна (категория)