Eksperiment løser mysterium om vindstrømme på Jupiter

Et mysterium har været, om jetflyene kun findes i planetens øvre atmosfære - ligesom jordens egne jetstrømme - eller om de kaster sig ud i Jupiters luftformige indre. Hvis det sidste er sandt, det kunne afsløre spor om planetens indre struktur og indre dynamik.

Nu, UCLA geofysiker Jonathan Aurnou og samarbejdspartnere i Marseille, Frankrig, har simuleret Jupiters jetfly i laboratoriet for første gang. Deres arbejde viser, at vinden sandsynligvis strækker sig tusinder af miles under Jupiters synlige atmosfære.

Denne forskning er offentliggjort online i dag i Naturfysik .

"Vi kan lave disse funktioner på en computer, men vi kunne ikke få dem til at ske i et laboratorium, "sagde Aurnou, en UCLA -professor i jord, planet- og rumvidenskab, der har brugt det sidste årti på at studere computermodeller af hvirvlende vinde. "Hvis vi har en teoretisk forståelse af et system, vi burde være i stand til at skabe en analog model. "

Udfordringen med at genskabe hvirvlende vinde i laboratoriet var at bygge en model af en planet med tre nøgleegenskaber, der menes at være nødvendige for at jetfly kunne dannes:hurtig rotation, turbulens og en "krumningseffekt", der efterligner den sfæriske form på en planet. Tidligere forsøg på at skabe jetfly i et laboratorium mislykkedes ofte, fordi forskere ikke kunne snurre deres modeller hurtigt nok eller skabe nok turbulens, Sagde Aurnou.

Gennembruddet for Aurnous team var et nyt stykke laboratorieudstyr. Forskerne brugte et bord bygget på luftlejer, der kan dreje ved 120 omdrejninger i minuttet og understøtte en belastning på op til 1, 000 kg (ca. 2, 200 pund), hvilket betyder, at den kunne dreje en stor tank med væske ved høj hastighed på en måde, der efterligner Jupiters hurtige rotation.

Forskerne fyldte et skrald i industriel størrelse med 400 liter (ca. 105 gallon) vand og lagde det på bordet. Når beholderen centrifugerede, vand blev kastet mod siderne, danner en parabel, der tilnærmede den buede overflade af Jupiter.

"Jo hurtigere det gik, jo bedre vi efterlignede de massivt stærke virkninger af rotation og krumning, der findes på planeter, "Sagde Aurnou. Men holdet fandt ud af, at 75 omdrejninger i minuttet var en praktisk grænse:hurtig nok til at tvinge væsken til en stærkt buet form, men langsom nok til at forhindre vand i at spilde ud.

Mens dåsen snurrede, forskere brugte en pumpe under dens falske gulv til at cirkulere vand gennem en række ind- og udløbshuller, hvilket skabte turbulens - en af ​​de tre kritiske betingelser for forsøget. Den turbulente energi blev kanaliseret til at lave jetfly, og inden for få minutter var vandstrømmen ændret til seks koncentriske strømme, der bevægede sig i skiftevis retning.

"Det er første gang, at nogen har demonstreret, at stærke jetfly, der ligner dem på Jupiter, kan udvikle sig i en ægte væske, "Sagde Aurnou.

Forskerne udledte, at strålerne var dybe, fordi de kunne se dem på overfladen af ​​vandet, selvom de havde injiceret turbulens i bunden.

Forskerne ser frem til at teste deres forudsigelser med rigtige data fra Jupiter, og de skal ikke vente længe:NASAs Juno -rumsonde kredser om Jupiter lige nu, indsamling af data om dens atmosfære, magnetfelt og interiør. De første resultater fra Juno -missionen blev præsenteret på mødet i American Geophysical Union i december i San Francisco, og Aurnou var der.

"Juno -dataene fra Jupiters allerførste flyby viste, at strukturer af ammoniakgas strakte sig over 60 miles ind i Jupiters indre, hvilket var et stort chok for Juno science team, "Aurnou sagde." UCLA -forskere vil spille en vigtig rolle i forklaringen af ​​dataene. "

Dette år, Aurnou og hans team vil bruge supercomputere på Argonne National Laboratory i Argonne, Illinois, at simulere dynamikken i Jupiters interiør og atmosfære. De vil også fortsætte deres arbejde på laboratoriet i Marseille for at gøre snurrebordssimuleringen mere kompleks og mere realistisk.

Et mål er at tilføje en tynd, stabilt lag af væske oven på det spindevand, som ville fungere som det tynde ydre lag af Jupiters atmosfære, der er ansvarlig for planetens vejr. Forskerne mener, at dette vil hjælpe dem med at simulere funktioner som Jupiters berømte Great Red Spot.