Шестиугольник Сатурна

Шестиугольник Сатурна — это постоянный примерно шестиугольный узор облаков вокруг северного полюса планеты Сатурн , расположенного примерно на 78° северной широты. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Стороны шестиугольника имеют длину около 14 500 км (9 000 миль). [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] что примерно на 2000 км (1200 миль) длиннее диаметра Земли . [ 8 ] Шестиугольник может иметь ширину чуть более 29 000 км (18 000 миль). [ 9 ] может иметь высоту 300 км (190 миль) и может представлять собой реактивный поток , состоящий из атмосферных газов, движущийся со скоростью 320 км/ч (200 миль в час). [ 4 ] [ 5 ] [ 10 ] Он вращается с периодом 10 часов 39 минут 24 секунды , 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 позже его повторно посетил Кассини-Гюйгенс в 2006 году. Во время миссии Кассини цвет шестиугольника изменился с преимущественно синего на более золотой. Южный полюс Сатурна не имеет шестиугольника, что подтверждается наблюдениями Хаббла . Однако у него есть вихрь , а также вихрь внутри северного шестиугольника. [ 13 ] Было разработано множество гипотез о гексагональной структуре облаков.
Открытие
[ редактировать ]
Полярный шестиугольник Сатурна был открыт Дэвидом Годфри в 1987 году. [ 14 ] из объединения снимков миссии "Вояджер" 1981 года , [ 15 ] [ 16 ] и был повторно посещен в 2006 году миссией Кассини . [ 17 ]
Кассини смог сделать только тепловые инфракрасные изображения шестиугольника, пока он не перешел на солнечный свет в январе 2009 года. [ 18 ] Кассини также смог снять на видео шестиугольную картину погоды, путешествуя с той же скоростью, что и планета, поэтому записал только движение шестиугольника. [ 19 ]
После его открытия и после того, как он вернулся на солнечный свет, астрономам-любителям удалось получить изображения шестиугольника с Земли даже с помощью телескопов скромных размеров. [ 20 ] [ самостоятельный источник? ]
Цвет
[ редактировать ]
В период с 2012 по 2016 год цвет шестиугольника изменился с преимущественно синего на более золотистый. [ 21 ] Одна из теорий заключается в том, что солнечный свет создает дымку, поскольку столб подвергается воздействию солнечного света из-за смены сезона. Эти изменения наблюдал космический аппарат Кассини . [ 21 ]
Пояснения к форме шестиугольника
[ редактировать ]
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 ] Подобные 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 выпускались и формы с тремя-восьми сторонами. Формы формируются в области турбулентного потока между двумя разными вращающимися жидкими телами с разными скоростями. [ 22 ] [ 23 ] На более медленной (южной) стороне границы жидкости образуется несколько стабильных вихрей одинакового размера, которые взаимодействуют друг с другом, равномерно распределяясь по периметру. Наличие вихрей заставляет границу перемещаться на север, где присутствует каждый из них, и это приводит к эффекту многоугольника. [ 23 ] Полигоны не образуются на границах ветров, если только перепад скоростей и параметры вязкости не находятся в определенных пределах и поэтому не присутствуют в других вероятных местах, таких как южный полюс Сатурна или полюса Юпитера.
Другие исследователи утверждают, что лабораторные исследования демонстрируют вихревые улицы — серию спиралевидных вихрей, не наблюдаемых в шестиугольнике Сатурна. Моделирование показывает, что неглубокий, медленный, локализованный извилистый реактивный поток в том же направлении, что и преобладающие облака Сатурна, способен соответствовать наблюдаемому поведению шестиугольника Сатурна с той же стабильностью границ. [ 24 ]
Развитие баротропной неустойчивости системы севернополярной гексагональной циркумполярной струи (Джет) и севернополярного вихря (NPV) Сатурна создает долгоживущую структуру, подобную наблюдаемому шестиугольнику, чего нельзя сказать о системе только джета, которая изучалась в этой статье. контекст 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 мелкой воды и не меняет выводов. [ 25 ]
Математическое исследование, проведенное в 2020 году в Калифорнийского технологического института , лаборатории Энди Ингерсолла показало, что стабильное геометрическое расположение многоугольников может возникнуть на любой планете, когда шторм окружен кольцом ветров, вращающихся в направлении, противоположном самому шторму, называемом антициклоническое кольцо или антициклоническое экранирование. [ 26 ] [ 27 ] Такое экранирование создает градиент завихренности на фоне соседнего циклона, вызывая взаимное отторжение между циклонами (аналогично эффекту бета-дрейфа ). Несмотря на то, что полярный циклон на Сатурне явно защищен, он не может удерживать полигональную структуру циркумполярных циклонов, таких как циклоны Юпитера, из-за большего размера и меньшей скорости ветра полярного циклона Сатурна, поэтому боковые вихри и глубокая баротропная нестабильность (измерения скорости ветра Кассини исключают более мелкая баротропная нестабильность, по крайней мере, во время встречи с Кассини), или, возможно, бароклинная нестабильность остается наиболее жизнеспособным объяснением Устойчивый шестиугольник Сатурна. [ 28 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Годфри, Д.А. (1988). «Шестиугольная деталь вокруг северного полюса Сатурна». Икар . 76 (2): 335–356. Бибкод : 1988Icar...76..335G . дои : 10.1016/0019-1035(88)90075-9 .
- ^ Санчес-Лавега, А.; Лекашо, Ж.; Колас, Ф.; Лакес, П. (1993). «Наземные наблюдения северного полярного пятна и шестиугольника Сатурна». Наука . 260 (5106): 329–32. Бибкод : 1993Sci...260..329S . дои : 10.1126/science.260.5106.329 . ПМИД 17838249 . S2CID 45574015 .
- ^ Прощай, Деннис (6 августа 2014 г.). «Погоня за штормом на Сатурне» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 6 августа 2014 г.
- ^ Перейти обратно: а б Санчес-Лавега, А.; и др. (7 марта 2014 г.). «Долгосрочное устойчивое движение шестиугольника Сатурна и стабильность его замкнутого реактивного потока при сезонных изменениях». Письма о геофизических исследованиях . 41 (5): 1425–1431. arXiv : 2402.06371 . Бибкод : 2014GeoRL..41.1425S . дои : 10.1002/2013GL059078 . S2CID 130345071 .
- ^ Перейти обратно: а б Флетчер, Л.Н.; и др. (3 сентября 2018 г.). «Шестиугольник в северной стратосфере Сатурна, окружающий возникающий летний полярный вихрь» . Природные коммуникации . 9 (3564): 3564. arXiv : 1809.00572 . Бибкод : 2018NatCo...9.3564F . дои : 10.1038/s41467-018-06017-3 . ПМК 6120878 . ПМИД 30177694 .
- ^ Имстер, Элеонора (12 августа 2014 г.). «Глаз Сатурна» . Земля и Небо . Проверено 13 сентября 2018 г.
- ^ Уильямс, Мэтт (10 мая 2017 г.). «Шестиугольник Сатурна станет звездой финала Кассини» . Вселенная сегодня . Проверено 13 сентября 2018 г.
- ^ «Новые изображения показывают странное шестиугольное облако Сатурна» . Новости Эн-Би-Си . 12 декабря 2009 года . Проверено 5 декабря 2013 г.
- ^ 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), в результате чего ширина (диаметр) немного превышает 29 000 км.
- ^ Уолл, Майк (4 сентября 2018 г.). «Причудливый шестиугольник на Сатурне может иметь высоту 180 миль» . Space.com . Проверено 4 сентября 2018 г.
- ^ Годфри, Д.А. (1990). «Период вращения полярного шестиугольника Сатурна». Наука . 247 (4947): 1206–8. Бибкод : 1990Sci...247.1206G . дои : 10.1126/science.247.4947.1206 . ПМИД 17809277 . S2CID 19965347 .
- ^ Бейнс, Кевин Х.; Момари, Томас В.; Флетчер, Ли Н.; Шоумен, Адам П.; Роос-Сероте, Мартен; Браун, Роберт Х.; Буратти, Бонни Дж.; Кларк, Роджер Н.; Николсон, Филип Д. (2009). «Северный полярный циклон и шестиугольник Сатурна на глубине, обнаруженные Кассини / VIMS». Планетарная и космическая наука . 57 (14–15): 1671–1681. Бибкод : 2009P&SS...57.1671B . дои : 10.1016/j.pss.2009.06.026 .
- ^ Санчес-Лавега, А.; Перес-Ойос, С.; Французский, РГ (2002). «Наблюдения динамики атмосферы на Южном полюсе Сатурна с 1997 по 2002 год с помощью космического телескопа Хаббл» . Американское астрономическое общество . 34 :13.07. Бибкод : 2002ДПС....34.1307С . Архивировано из оригинала 5 сентября 2008 года.
- ^ Годфри, Д.А. (1 ноября 1988 г.). «Шестиугольная деталь вокруг северного полюса Сатурна» . Икар . 76 (2): 335–356. Бибкод : 1988Icar...76..335G . дои : 10.1016/0019-1035(88)90075-9 . ISSN 0019-1035 .
- ^ Колдуэлл, Джон; Тёрджен, Бенуа; Хуа, Синь-Мин; Барнет, Кристофер Д.; Вестфаль, Джеймс А. (1993). «Дрейф северного полярного пятна Сатурна, наблюдаемый космическим телескопом Хаббл». Наука . 260 (5106): 326–329. Бибкод : 1993Sci...260..326C . дои : 10.1126/science.260.5106.326 . ПМИД 17838248 . S2CID 26837742 .
- ^ Ядав, Ракеш К.; Блоксэм, Джереми (23 июня 2020 г.). «Глубокая вращающаяся конвекция порождает полярный шестиугольник на Сатурне» . Труды Национальной академии наук . 117 (25): 13991–13996. arXiv : 2007.08958 . Бибкод : 2020PNAS..11713991Y . дои : 10.1073/pnas.2000317117 . ISSN 0027-8424 . ПМК 7322008 . ПМИД 32513703 .
- ^ «Странный шестиугольник Сатурна» . НАСА . 27 марта 2007 года . Проверено 1 мая 2013 г.
- ^ «Таинственный шестиугольник Сатурна выходит из зимней тьмы» . НАСА. 9 декабря 2009 года. Архивировано из оригинала 24 апреля 2016 года . Проверено 1 мая 2013 г.
- ^ Персонал (4 декабря 2013 г.). «Космический корабль НАСА Кассини получил лучшие виды шестиугольника Сатурна» . Лаборатория реактивного движения (НАСА) . Проверено 5 декабря 2013 г.
- ^ Флетчер, Ли (31 января 2013 г.). «Шестиугольник Сатурна, вид с Земли» . Планетарные странствия.
- ^ Перейти обратно: а б Персонал (21 октября 2016 г.). «Меняющиеся цвета на севере Сатурна» . НАСА . Проверено 26 декабря 2016 г.
- ^ Перейти обратно: а б Барбоза Агиар, Ана Дж.; Прочтите, Питер Л.; Вордсворт, Робин Д.; Солтер, Тара; Хиро Ямадзаки, Ю. (2010). «Лабораторная модель северного полярного шестиугольника Сатурна». Икар . 206 (2): 755–763. Бибкод : 2010Icar..206..755B . дои : 10.1016/j.icarus.2009.10.022 .
- ^ Перейти обратно: а б Лакдавалла, Эмили (4 мая 2010 г.). «Шестиугольник Сатурна, воссозданный в лаборатории» . Планетарный.орг . Проверено 7 февраля 2014 г.
- ^ Моралес-Хубериас, Р.; Саянаги, КМ; Саймон, А.А.; Флетчер, Л.Н.; Косентино, Р.Г. (2015). «Извилистая мелкая атмосферная струя как модель северно-полярного шестиугольника Сатурна» . Астрофизический журнал . 806 (1): Л18. Бибкод : 2015ApJ...806L..18M . дои : 10.1088/2041-8205/806/1/L18 .
- ^ Ростами, Масуд; Цейтлин Владимир; Спига, Эмерик (2017). «О динамической природе северного полярного шестиугольника Сатурна» (PDF) . Икар . 297 : 59–70. Бибкод : 2017Icar..297...59R . дои : 10.1016/j.icarus.2017.06.006 . S2CID 59473881 .
- ^ «Ученые разгадали тайну полигональных штормов Юпитера» . Небесные новости . Проверено 25 сентября 2020 г.
- ^ Ли, Ченг; Ингерсолл, Эндрю П.; Клипфель, Александра П.; Бреттл, Харриет (2020). «Моделирование устойчивости полигональных узоров вихрей на полюсах Юпитера, выявленных космическим кораблем Юнона» . Труды Национальной академии наук . 117 (39): 24082–24087. Бибкод : 2020PNAS..11724082L . дои : 10.1073/pnas.2008440117 . ПМЦ 7533696 . ПМИД 32900956 .
- ^ Гавриил, Нимрод; Каспи, Йохай (2021). «Количество и расположение околополярных циклонов Юпитера объясняется динамикой завихренности» . Природа Геонауки . 14 (8): 559–563. arXiv : 2110.09422 . Бибкод : 2021NatGe..14..559G . дои : 10.1038/s41561-021-00781-6 . ISSN 1752-0894 . S2CID 236096014 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Видео Кассини шестиугольника Сатурна на YouTube
- Saturn Revolution 175 , изображения Кассини, 27 ноября 2012 г.
- Странный шестиугольник Сатурна – в живых цветах! - Вселенная сегодня
- Ребро шестиугольника из Планетарного фотожурнала
- Обнаружен шестиугольник Сатурна , Астрономическая картинка дня, 22 января 2012 г.
- В центре северного полярного вихря Сатурна , астрономическое фото дня – 4 декабря 2012 г.
- Видео вращения шестиугольника от НАСА
- Космический корабль НАСА Кассини получил лучшие виды шестиугольника Сатурна (4 декабря 2013 г.)
- Анимированный вид вихря (TPS)
- Шестиугольное изображение
- Шестиугольник Сатурна, воспроизведенный в лаборатории , видео
- Шестиугольник меняет цвет (21 октября 2016 г.)