Afbeelding tegoed: NASA / JPL
Als een natuurkundige visie van een natuurkundige op een universiteit van Californië, Berkeley, op Jupiter klopt, zal de gigantische planeet het komende decennium een grote wereldwijde temperatuurverschuiving ondergaan, aangezien de meeste van zijn grote wervels verdwijnen.
Maar fans van de Great Red Spot kunnen gerust zijn. De beroemdste van Jupiters wervelingen - die vaak worden vergeleken met de orkanen van de aarde - zal blijven staan, grotendeels vanwege de locatie nabij de evenaar van de planeet, zegt Philip Marcus, een professor aan de afdeling Werktuigbouwkunde van UC Berkeley.
Met behulp van draaikolken en draaikolken ter vergelijking, baseert Marcus zijn voorspelling op principes die zijn geleerd in de stromingsleer op junior-niveau en op de waarneming dat veel van Jupiters wervelingen letterlijk in het niets verdwijnen.
"Ik voorspel dat door het verlies van deze atmosferische draaikolken de gemiddelde temperatuur op Jupiter met wel 10 graden Celsius zal veranderen, waardoor het warmer wordt bij de evenaar en koeler aan de polen", zegt Marcus. “Door deze wereldwijde temperatuurverschuiving worden de jetstromen onstabiel en ontstaan er nieuwe wervelingen. Het is een evenement waar zelfs astronomen in de achtertuin van kunnen genieten. "
Volgens Marcus luiden de aanstaande veranderingen het einde in van de huidige 70-jarige klimaatcyclus van Jupiter. Zijn verrassende voorspellingen worden gepubliceerd in het nummer van 22 april van het tijdschrift Nature.
De stormachtige atmosfeer van Jupiter heeft een tiental straalstromen die in afwisselende richtingen van oost en west reizen en die een kloksnelheid van meer dan 330 mijl per uur kunnen halen. Net als op aarde worden wervelingen op Jupiter die met de klok mee draaien op het noordelijk halfrond beschouwd als anticyclonen, terwijl die tegen de klok in draaien cyclonen zijn. Het tegendeel is waar op het zuidelijk halfrond, waar draaikolken met de klok mee cyclonen zijn en spinners tegen de klok in anticyclonen.
The Great Red Spot, gelegen op het zuidelijk halfrond, heeft de titel van Jupiter's grootste anticycloon; Het is 12.500 mijl breed en groot genoeg om de aarde twee tot drie keer te verzwelgen.
In tegenstelling tot de cycloonstormen op Jupiter, worden de orkanen en stormen van de aarde geassocieerd met lagedruksystemen en verdwijnen ze na dagen of weken. De Great Red Spot is in vergelijking een hogedruksysteem dat al meer dan 300 jaar stabiel is en geen tekenen van vertraging vertoont.
Ongeveer 20 jaar geleden ontwikkelde Marcus een computermodel dat liet zien hoe de Grote Rode Vlek uit de chaotische turbulentie van de atmosfeer van Jupiter tevoorschijn kwam en deze doorstaan. Zijn inspanningen om de dynamiek ervan en andere draaikolken op Jupiter uit te leggen, leidden tot zijn huidige projectie van de naderende klimaatverandering van de planeet.
Hij zegt dat de huidige cyclus van 70 jaar begon met de vorming van drie verschillende anticyclonen - de Witte Ovalen - die zich in 1939 ten zuiden van de Grote Rode Vlek ontwikkelden. 'De geboorte van de Witte Ovalen werd gezien door telescopen op aarde', zegt hij. "Ik denk dat we de komende 10 jaar een soortgelijke traktatie verwachten."
Marcus zegt dat de eerste fase van de klimaatcyclus de vorming van vortexstraten omvat die zich uitstrekken over de westelijke straalstromen. Anticyclonen vormen zich aan de ene kant van de straat, terwijl cyclonen zich vormen aan de andere kant, zonder dat twee wervels in dezelfde richting direct naast elkaar draaien.
De meeste wervels vervallen langzaam met turbulentie. In fase twee van de cyclus worden sommige wervelingen zwak genoeg om vast te komen te zitten in de incidentele troggen, of Rossby-golven, die zich in de jetstream vormen. Meerdere wervels kunnen in dezelfde trog worden gevangen. Wanneer ze dat doen, reizen ze gebundeld samen en turbulentie kan ze gemakkelijk laten samensmelten. Wanneer de wervelingen zwak zijn, gaat het vangen en samenvoegen door totdat er nog maar één paar over is op elke vortexstraat.
De geconstateerde verdwijning van twee witte ovalen, één in 1997 of 1998 en een tweede in 2000, was een voorbeeld van het samenvoegen van de wervelingen in fase twee, en betekende als zodanig het "begin van het einde" van de huidige klimaatcyclus van Jupiter, zegt Marcus.
Waarom zou de fusie van draaikolken de mondiale temperatuur beïnvloeden? Marcus zegt dat de relatief gelijkmatige temperatuur van Jupiter - waar de temperaturen aan de polen bijna hetzelfde zijn als aan de evenaar - te wijten is aan de chaotische menging van warmte en luchtstroom uit de wervelingen.
'Als je een hele rij wervels uitschakelt, stop je al het mengen van warmte op die breedtegraad', zegt Marcus. "Hierdoor ontstaat een grote muur en wordt het transport van warmte van de evenaar naar de palen voorkomen."
Zodra er voldoende wervelingen zijn verdwenen, zal de atmosfeer van de planeet opwarmen aan de evenaar en afkoelen aan de polen met wel 10 graden Celsius in elke regio, wat fase drie is van de klimaatcyclus.
Deze temperatuurverandering destabiliseert de jetstromen, die zullen reageren door golvend te worden. De golven worden steiler en breken, net als op het strand, maar rollen vervolgens op tot nieuwe grote wervelingen in de vierde fase van de cyclus. In de vijfde en laatste fase van de klimaatcyclus nemen de nieuwe wervelingen af in omvang en nestelen ze zich in de draaikolkstraten om een nieuwe cyclus te beginnen.
De verzwakking van de wervels is het gevolg van turbulentie en vindt geleidelijk plaats in de tijd. Het duurt ongeveer een halve eeuw voordat nieuw gevormde wervels geleidelijk genoeg krimpen om in een jetstream te worden opgenomen, zegt Marcus.
Gelukkig redt de nabijheid van de evenaar van de Grote Rode Vlek hem van vernietiging. In tegenstelling tot de andere wervels van Jupiter, overleeft de Grote Rode Vlek door de naburige anticyclonen te 'eten', zegt Marcus.
Marcus merkt op dat zijn theorie over de klimaatcyclus van Jupiter berust op het bestaan van een ongeveer gelijk aantal cyclonen en anticyclonen op de planeet.
Omdat de veelbetekenende tekenen van wervelingen de wolken zijn die ze creëren, was het gemakkelijk om de aanwezigheid van langlevende cyclonen te missen, zegt Marcus. Hij legt uit dat cyclonen, in tegenstelling tot de specifieke plek van een anticycloon, patronen van draadvormige wolken creëren die minder duidelijk zijn gedefinieerd.
"Op het eerste gezicht is het gemakkelijk om te denken dat Jupiter wordt gedomineerd door anticyclonen omdat hun draaiende wolken duidelijk als bulls-ogen verschijnen", zegt Marcus.
In het artikel in Nature presenteert Marcus een computersimulatie die laat zien dat het warme centrum en de koelere omtrek van een cycloon het uiterlijk van de draadvormige wolken creëren. Anticyclonen hebben daarentegen koude centra en warmere omtrekken. IJskristallen die zich in het midden van de anticycloon vormen, zwellen op en bewegen naar de zijkanten waar ze smelten, waardoor een donkerdere werveling ontstaat rond een lichter gekleurd centrum.
Marcus benadert de studie van planetaire atmosferen vanuit het niet-traditionele standpunt van een vloeistofdynamicus. "Ik baseer mijn voorspellingen op de relatief eenvoudige wetten van vortex-dynamica in plaats van omvangrijke hoeveelheden gegevens of complexe atmosferische modellen te gebruiken", zegt Marcus.
Marcus zegt dat de les van het klimaat van Jupiter zou kunnen zijn dat kleine storingen wereldwijde veranderingen kunnen veroorzaken. Hij waarschuwt echter voor het toepassen van hetzelfde model op het klimaat van de aarde, dat wordt beïnvloed door veel verschillende factoren, zowel natuurlijk als door de mens gemaakt.
"Toch is het belangrijk om verschillende‘ labs ’te hebben voor het klimaat", zegt Marcus. 'Door andere werelden te bestuderen, kunnen we onze eigen werelden beter begrijpen, ook al zijn ze niet direct analoog.'
Marcus 'onderzoek wordt ondersteund door subsidies van het NASA Origins-programma, de National Science Foundation Astronomy and Plasma Physics Programmes en het Los Alamos National Laboratory.
Oorspronkelijke bron: UC Berkeley News Release
