Forskere opdager en ny måde at måle turbulens på store planeter og exoplaneter

Hvirvlerne, hvirvler, og bølgede bånd af Jupiter og Saturn kan minde os om en beroligende, stjerneklar, stjerneklar nat - men de afslører, at disse to gasgiganter er stormfulde, turbulente steder. Turbulensen producerer energikaskader, en ikke-lineær overførsel af energi mellem forskellige bevægelsesskalaer. Disse er lige så fundamentale for at forstå planetarisk dynamik, som det kardiovaskulære system er for at forstå den menneskelige krop.

Men videnskabsmænd har ikke haft en pålidelig måde at kvantificere planetarisk turbulens - indtil nu.

Et globalt team ledet af forskere ved universitetet i Rom, som omfattede Boris Galperin, Ph.D., en professor ved USF College of Marine Science, beskrev fremskridtet i Geophysical Research Letters. Resultaterne viser, at hastigheden af ​​turbulensenergioverførsel - indtil nu en sort boks af mystik - kan beregnes relativt let ud fra en variabel relateret til planetrotationen og kendt som potentiel hvirvelstrøm (PV).

Metoden blev først udviklet af Galperin og hans kandidatstuderende, Jesse Hoemann, og testet i de eksperimenter, der blev udført på universitetet i Rom under Jesses besøg der. Metoden blev bekræftet ved hjælp af reelle hastighedsdata udtaget fra billeder af Jupiters skyers bevægelse fanget af den 20 år lange Cassini-mission, yderligere laboratorieresultater udført i en roterende tank ved universitetet i Rom i Italien, og computersimuleringer for Saturn.

Baseret på beregningerne af PV, holdet viste for første gang, at hastigheden af ​​energioverførsel i Jupiters atmosfære er fire gange større end i Saturns.

"Nu kan du se, hvorfor jeg var virkelig begejstret for dette arbejde, " sagde Galperin, som udviklede den oprindelige idé til eksperimenterne for flere år siden.

Siden lovene om turbulens, som enhver grundlæggende fysisk lov, er universelle, metoden kan nu anvendes på andre naturlige miljøer såsom havet, sagde Galperin. Hvirvler i Jordens hav, der ligner hvirvlerne på Jupiter, for eksempel, kommer i forskellige styrker, størrelser, og liv, og er afgørende for at forstå Jordens energibalancer, varme, salt, carbondioxid, og mere.

"Dette er det første skøn over Saturns turbulente kraft fra observationer, og denne undersøgelse baner vejen for fremtidig dataanalyse i andre planetariske atmosfærer, " sagde hovedforfatter Simon Cabanes, Ph.D., en post doc ved Institut for Civil- og Miljøteknik (DICEA) ved universitetet i Rom La Sapienza.