ציקלונים ענקיים של צדק מונעים על ידי תהליכים אטמוספריים דמויי כדור הארץ

ניתוח של נאס"א תמונות לוויין של ציקלונים על צדק מגלה שהסערות ניזונות מתהליכים דומים לאלה הפועלים על כדור הארץ.

מחקר חדש מראה שהסערות הסוערות באזורי הקוטב של כוכב הלכת צדק מופעלות על ידי תהליכים המוכרים לפיזיקאים החוקרים את האוקיינוסים והאטמוספרה של כדור הארץ. המאפיינים המשותפים הגיאופיזיים המשתרעים על פני 452 מיליון הקילומטרים בין שני כוכבי הלכת יכולים אפילו לסייע בהבנה משופרת של התהליכים הללו על פני כדור הארץ. את המחקר הובילה ליה סיגלמן, אוקיאנוגרפית פיזיקלית באוניברסיטת קליפורניה, מכון סקריפס לאוקיאנוגרפיה בסן דייגו.

גילוי תהליכים דמויי כדור הארץ על צדק

סיגלמן יצרה לראשונה את הקשר בין כוכב הלכת שלנו לענקית הגז בשנת 2018 כאשר הבחינה בדמיון בולט בין תמונות של ציקלונים ענקיים של צדק לבין מערבולות האוקיינוסים שהיא חקרה. לפיזיקאי, אוויר ומים נחשבים שניהם נוזלים ולכן יישום פיזיקת האוקיינוס ​​על צדק אינו מופרך כמו שזה נשמע, אמר סיגלמן. "יופיטר הוא בעצם אוקיינוס ​​של גז."

תצפית ראשונית זו הובילה את סיגלמן למחבר מחקר משנת 2022 שפורסם ב פיזיקת הטבע שניתחו תמונות אינפרא אדום ברזולוציה גבוהה של ציקלונים של צדק שצולמו על ידי חללית ג'ונו של נאס"א. הניתוח גילה שסוג של הסעה דומה למה שרואים בכדור הארץ עוזר לשמור על סופות צדק, שרוחבן יכול להיות אלפי קילומטרים ולהימשך שנים.

המחקר משנת 2022 התמקד ישירות בציקלון של צדק, אך סיגלמן ראה גם קנוקנות פתלתלות, המוכרות לחוקרים כנוטים, ברווחים שבין מערבולות הגזים. לחוטים האלה היו גם אנלוגים ארציים, וסיגלמן השתמשה בדימויים המפורטים של ג'ונו כדי לחקור אם הדמיון הזה לתהליכים האוקיינוסים והאטמוספריים של הפלנטה שלנו היה רק ​​עמוק בעור.

הבנת הדינמיקה האטמוספירית של צדק

פורסם היום (6 ביוני) ב פיזיקת הטבע וממומן על ידי סקריפס והקרן הלאומית למדע, מחקר ההמשך של סיגלמן מוצא קווי דמיון נוספים בין התהליכים שמזינים את הציקלון של צדק לבין אלו הפועלים על פני כדור הארץ. המחקר מראה שהחוטים בין ציקלונים של צדק פועלים במקביל להסעה כדי לקדם ולקיים את סופות הענק של כוכב הלכת. באופן ספציפי, החוטים של צדק פועלים בדרכים הדומות למה שאוקיאנוגרפים ומטאורולוגים מכנים חזיתות על פני כדור הארץ.

לעתים קרובות דנים בחזיתות בתחזיות מזג האוויר – חזיתות קרות או חזיתות סערה, למשל – אך הן חלות על גזים ונוזלים כאחד. חזית היא הגבול בין מסות גז או נוזל עם צפיפויות שונות עקב הבדלים במאפיינים כמו טמפרטורה. באוקיינוס, חזיתות יכולות לנבוע גם מהבדלים במליחות, מה שמשפיע על צפיפות מי הים יחד עם הטמפרטורה. תכונה מרכזית של חזיתות היא שהקצוות המובילים שלהן כוללים מהירויות אנכיות חזקות שיכולות ליצור רוחות או זרמים.

ניתוח תמונות אינפרא אדום מ-Juno

כדי לנסות להבין את תפקיד החוטים שהיא יכלה לראות בבירור בין הציקלון על צדק בתמונות של ג'ונו, סיגלמן הסתכלה בסדרה של תמונות אינפרא אדום מג'ונו. קבוצת התמונות הייתה של אזור הקוטב הצפוני של צדק והן צולמו במרווחים של 30 שניות.

העובדה שהתמונות היו באינפרא אדום אפשרה לסיגלמן ולמחברת השותף שלה, פטריס קליין, ממעבדת ההנעה הסילון של נאס"א, המכון הטכנולוגי של קליפורניה, וה-Ecole Normale Superieure לחשב טמפרטורה – אזורים בהירים היו חמים יותר ואזורים חשוכים היו קרירים יותר. בצדק, החלקים החמים יותר של האטמוספירה תואמים לעננים דקים והחלקים הקרים יותר מייצגים כיסוי עננים סמיך, וחוסמים יותר מהחום הנובע מהליבה הסופר-מחוממת של צדק. לאחר מכן עקבו החוקרים אחר התנועה של עננים וחוטים על פני מרווחים של 30 שניות המפרידים בין התצלומים כדי לחשב את מהירויות הרוח האופקיות.

חזיתות באטמוספירה של צדק

שתי פיסות מידע אלו אפשרו לסיגלמן וקליין ליישם שיטות ממדעי האוקיינוס ​​והאטמוספירה לצדק, מה שאפשר להם לחשב את מהירויות הרוח האנכיות שיתאימו לטמפרטורות ולמהירויות הרוח האופקיות שהסיקו החוקרים מהתמונות. לאחר שהצוות חישב את מהירויות הרוח האנכיות, הם הצליחו לראות שהחוטים של צדק אכן מתנהגים כמו חזיתות בכדור הארץ.

מהירויות הרוח האנכיות הללו בקצוות החזיתות על צדק הביאו גם לכך שהחזיתות היו מעורבות בהעברת אנרגיה בצורת חום מהפנים הלוהט של כוכב הלכת לאטמוספירה העליונה שלו – והזינו את ציקלון הענק. למרות שהסעה היא המניע העיקרי, החזיתות מהוות רבע מכלל האנרגיה הקינטית המניעה את הציקלון של צדק וארבעים אחוזים מהעברת החום האנכית.

השלכות להבנת תופעות קוסמיות

"ציקלונים אלה על הקטבים של צדק נמשכו מאז שהם נצפו לראשונה ב-2016", אמר סיגלמן. "החוטים האלה בין המערבולות הגדולות קטנות יחסית אבל הם מנגנון חשוב לשימור הציקלון. זה מרתק שחזיתות והסעה נוכחות ומשפיעות על כדור הארץ וצדק – זה מצביע על כך שתהליכים אלה עשויים להיות נוכחים גם בגופי נוזל סוערים אחרים ביקום."

התקדמות בהצגת תופעות אוקיאניות

סיגלמן אמר גם שקנה ​​המידה העצום של צדק והתמונות ברזולוציה הגבוהה של ג'ונו יכולים לאפשר הדמיה ברורה יותר של הדרכים שבהן תופעות בקנה מידה קטן יותר כמו חזיתות מתחברות לתופעות גדולות יותר כמו ציקלונים והאטמוספירה בכללה – קשרים שלעתים קרובות קשה לצפות בהם. כדור הארץ שבו הם הרבה יותר קטנים וארעיים יותר. עם זאת, היא הוסיפה, לוויין חדש המיוחל הידוע לחוקרים כ-SWOT, מוכן להפוך את תופעות האוקיינוסים הללו להרבה יותר קלות לצפייה.

"יש איזה יופי קוסמי בלגלות שהמנגנונים הפיזיקליים האלה על כדור הארץ קיימים על כוכבי לכת רחוקים אחרים", אמר סיגלמן.