С большого расстояния Сатурн выглядит как спокойный газовый гигант с потрясающими кольцами, двигаясь по своей орбите практически без суеты. Однако, если вы приблизились так же близко, как Кассини, вы можете увидеть нечто большее.
Огромный шторм в форме шестиугольника бушевал около северного полюса Сатурна, по меньшей мере, четыре десятилетия - мы впервые обнаружили его в 1981 году во время миссии Вояджер. Однако даже с такого приближения детали шестиугольника Сатурна были скудны.
Новая атмосферная модель, протестированная в лаборатории на земле, теперь предполагает, что шторм простирается гораздо глубже, потенциально на тысячи километров. Это открытие может помочь объяснить, почему шторм оставался относительно устойчивой особенностью с тех пор, как мы впервые увидели его.
В прошлом прямые наблюдения и лабораторные эксперименты дали две основные гипотезы о том, почему существует шестиугольная буря Сатурна.
С одной стороны, он мог образоваться из мелких, чередующихся струй в атмосфере газового гиганта, глубиной в сотни километров, где давление составляет около 10 бар или около того, и где газ является более турбулентным.
С другой стороны, это может быть более глубоко укоренившееся, происходящее от глубоких зональных струй, простирающихся на тысячи километров вниз, где давление в десятки тысяч раз больше и где вращение и рельеф планеты могут привести к безумию.
Фактически, незадолго до того, как Кассини окончательно ушел в отставку, мы обнаружили, что зональные струи Сатурна сохраняют свою силу вплоть до высот, где давление составляет удивительные 100 000 бар и более. Чтобы поместить это в перспективу, солнечный свет проникает не намного глубже, чем единственный столб на Сатурне; эти вихри глубже и устойчивее, чем кажутся на первый взгляд.
Имитируя то, что происходит с глубокими турбулентными конвекциями во вращающейся сферической оболочке, исследователи из Гарвардского университета теперь считают, что у них есть правдоподобное объяснение того, почему существует шестиугольник Сатурна.
Их трехмерная модель показывает, что глубокая тепловая конвекция во внешних слоях газовых гигантов может самопроизвольно привести к появлению гигантских полярных циклонов, сильных чередующихся зональных течений и высокоэнергетической модели струи в восточном направлении.
Более того, эти зональные струи как качественно, так и количественно похожи на то, что наблюдалось на Сатурне.
«Анализ моделирования показывает, что самоорганизованная турбулентность в виде гигантских вихрей сжимает восточную струю, образуя многоугольные формы», - объясняют авторы. «Мы утверждаем, что подобный механизм ответственен за возбуждение гексагональной структуры потока Сатурна».
Теперь модель команды не охватывает все аспекты атмосферы Сатурна - она включает только внешнюю десятую радиуса планеты - и их полярные струи продолжают образовывать треугольники вместо шестиугольников.
Даже несмотря на это, авторы уверены, что эта упрощенная ситуация может помочь нам выяснить некоторые особенности Сатурна, особенно сейчас, когда у нас нет Кассини, чтобы помочь нам.
При их моделировании возник большой циклон, центрированный на северном полюсе, в то время как несколько более мелких циклонов присоединились к сильной восточной струе немного севернее экватора.
Хотя этот центральный циклон был достаточно силен, чтобы преодолевать турбулентность газа вблизи поверхности, окружающие вихри были замаскированы всей этой волатильностью на более мелких уровнях, что делало их больше похожими на полигональные струи, чем на торнадо.
«Подобный сценарий можно представить для Сатурна, где шестиугольная форма струи поддерживается соседними шестью большими вихрями, которые скрыты более хаотической конвекцией в более мелких слоях», - пишут авторы.
Это может быть причиной того, что некоторые другие модели и наблюдения указывают на наличие более мелкой струи в некоторых областях шестиугольника Сатурна, когда, на самом деле, истина лежит гораздо глубже.
Но это только подтверждение концепции, и нам нужно будет включить гораздо больше атмосферных данных с Сатурна, чтобы эта модель лучше отражала реальность. Тем не менее, похоже, что мы на правильном пути.