Satürn'ün kuzey kutbu altıgeni: doğruca gökyüzüne
Yapımcı: Popüler Bilim Çin
Üretim: haibaraemily
Yapımcı: Bilgisayar Ağı Bilgi Merkezi, Çin Bilimler Akademisi
Muhteşem halka sistemine ek olarak, Satürn ile ilgili en etkileyici şey Kuzey Kutbu'nun altıgen yapısı Yukarı.
Resim: Satürn'ün kuzey kutbu altıgeni. Kaynak: NASA
Bu gizemli altıgenin perdesini kaldırmak kolay olmasa da .
Ağustos 1981'de Voyager 2 sondası Satürn'ün üzerinden yakın mesafeden uçtu, ancak O sırada Kuzey Kutbu'nda altıgen bir yapı bulunamadı .
Nitekim, Voyager 2, Satürn'ün kuzey kutbunu içeren birçok fotoğrafı geri gönderdi, ancak bu fotoğraflar kutup bölgesinin tam karşısında çekilmedi, bu yüzden uzun bir süre, Kuzey Kutbu'nun bu oldukça gerilmiş ve deforme olmuş fotoğraflarından kimse bir şey göremez. ... 7 yıl sonrasına kadar.
1988'de Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Optik Gözlemevi'nden Godfrey bu fotoğrafları yeniden işledi ve bu fotoğrafları dönüştürdü. Yeniden projeksiyon ve dikiş Bulduğuma şaşırdım Satürn'ün 77 ° kuzey enlemi yakınında çok büyük bir altıgen girdap var.
Her bir taraf 13.800 kilometre uzunluğunda, bu da dünyanın çapından daha uzun .
Resim: Satürn'ün Kuzey Kutbu Altıgeni "Yapboz" ta bulundu. Kaynak: Referans
Uzun mevsimler
Satürn'ün Güney Kutbu benzer bir yapıya sahip mi? O zaman bilmiyordum.
Çünkü Voyager 2, Satürn'ün üzerinden uçtuğunda, Satürn'ün güney yarımküresinde kıştı - tüm Antarktika karanlığa gömülmüştü.
Voyager 2'nin yörünge tasarımı az önce geçti ve onu gördükten sonra asla arkama bakmadım.
Evet, uzak Satürn Dünyamıza benzer, yani dönme ekseninin eğimi (yani, dönme ekseni ile yörünge düzlemi arasındaki açı) 20 dereceden fazladır, bu da Satürn'ün dünya ile aynı olduğu anlamına gelir, ancak aynı zamanda Dört mevsim değişir, kuzey ve güney kutuplarında da kutup gündüzleri ve kutup geceleri olur - ama, Satürn'ün yılı neredeyse 29,5 Dünya yılı kadar uzundur Diğer bir deyişle, Satürn'de her mevsim dünyadan 30 kat daha uzundur.
Elbette, Satürn'ün Güney Kutbu karanlıktan çıktığında, yer temelli bazı astronomik teleskoplar ve Hubble Uzay Teleskopları Satürn'ün Kuzey ve Güney Kutbu'nu gözlemlemişti. Antarktika'da böyle altıgen bir girdap yok , Sadece devasa bir dairesel girdap var.
Diğer bir deyişle, Satürn'ün kuzey kutbunun altıgen yapısı, ister güneş sisteminde ister Satürn'de olsun benzersizdir.
Resim: Satürn'ün Cassini tarafından çekilen güney ve kuzey kutupları. Güney Kutbu, devasa dairesel bir girdaba sahipken, Kuzey Kutbu sabit bir altıgen yapı artı kutbun 3 ° yakınında küçük bir girdaptır. Kaynak: NASA
Ancak, Satürn'ün lüks ve uzun mevsimleri nedeniyle Satürn'ün mevsimlere göre kuzey ve güney girdap değişikliklerini takip etmek zordur. , Bırak bir Satürn yılı, bir Satürn yılının yarısını (14,7 Dünya yılı) izlemek zordur.
Cassini sondası gelene kadar.
15 Ekim 1997'de, Cassini, ABD'nin Cape Canaveral kentinden fırlatıldı.
30 Haziran 2004'te Cassini, kuzey yarımkürede kış gündönümünden (Ekim 2002) kısa bir süre sonra Satürn'ün yörüngesine başarıyla girdi.
O zamandan beri, Cassini Satürn'ü, Satürn'ün halka sistemi ve Satürn'ün birçok uydusu hakkındaki anlayışımızı tazeleyen 13 yıllık bir Satürn keşfine başladı.
15 Eylül 2017'ye kadar, bugün, bir yıl önce.
Yörünge kontrolünün kaybından dolayı Satürn'ün uydularını kirletmekten kaçınmak için (özellikle yaşam koşullarına sahip olan Enceladus), Cassini aktif olarak Satürn'ün atmosferine çarpmayı ve yakıt bitmeden görevi bitirmeyi seçti.
Resim: Cassini görevine son veriyor. Kaynak: NASA
Bu 13 yılda Cassini, tüm Satürn sisteminin kralı.
Bu 13 yıl içinde Cassini ayrıca Neyse ki, Satürn'ün güney yarım küresinin nasıl yaz ortasından kış ortasına geçtiğine ve kuzey yarımkürenin kış ortasından yaz ortasına nasıl geçtiğine şahit oldum. .
Sonunda ona sahibiz Satürn'ün kuzey kutbu altıgenindeki mevsimsel değişiklikleri sürekli gözlemleme fırsatı . Özellikle büyük bir katil olan Cassini Kompozit Kızılötesi Spektrometre (CIRS) aracılığıyla, yakın kızılötesi sinyalleri yakalayıp ayrıştırabilen, farklı dalga boylarının radyasyon yoğunluğunu ve farklı kimyasal bileşenlerin içerik değişikliklerini analiz edebilen üst düzey bir prizmaya eşdeğerdir.
Resim: Cassininin yapısı ve taşıdığı kompozit kızılötesi spektrometre (CIRS). Kaynak: NASA
Arktik: kıştan bahara
Satürn'ün kuzey kutbunun altıgen yapısı nerede oluşur? Satürn'ün Troposfer .
Dünyaya benzer Troposfer, Satürn'ün en alçak atmosferidir ve Satürn'ün bulutları bu katmandadır. . Basınç arttıkça, üç farklı malzeme troposferin tepesinden bulutlara yoğunlaşır: üstte amonyak buzu, ortada amonyak hidrosülfür buzu ve altta su buzu.
Resim: Satürn'ün troposfer ve stratosferi. © 2011Pearson Education, Inc'den uyarlanmıştır
Birleşik Krallık'taki Leicester Üniversitesi'ndeki Fletcher ekibi, Cassini'nin 2004'ten 2014'e kadar olan algılama verilerini izledi ve Satürn'ün 2007-2013 sonundaki Kuzey Kutbu Parlak Sıcaklık haritasının şunu gösterdiğini buldu: Kuzey Kutbu'nun altıgen yapısı ve kutuptaki küçük girdap Troposfer Zhongdu kararlı .
Resim: Satürn'ün kuzey kutbu troposferinin Cassini kompozit kızılötesi spektrometresi (CIRS) ile elde edilen parlaklık sıcaklık haritası. Bununla birlikte, dikkat edilmesi gereken bir nokta, buradaki "parlak sıcaklığın" aslında ışıma yoğunluğunun eşdeğer bir ifadesi olduğudur, bu nedenle "sıcaklık" olmasına rağmen, aslında bölgenin gerçek sıcaklığı değildir. Kaynak: Referans
Stratosferik parlaklık sıcaklık gözlemiyle zıtlık ayrıca şunu kanıtlıyor: Bu altıgen gerçekten de troposferde ,Çünkü Stratosferin parlaklık sıcaklık haritasında altıgen izi yoktur. .
Şekil: Satürn'ün kuzey kutbu stratosferinin, Cassini bileşik kızılötesi spektrometresi (CIRS) ile herhangi bir altıgen çerçeve olmaksızın elde edilen parlaklık sıcaklık haritası. Kaynak: Referans
Bununla birlikte, Fletcher ekibi ayrıca, kıştan (2004) ilkbahara (2014) kadar, kuzey yarımküredeki mevsimsel değişikliklerin aslında önemli olmadığını keşfetti: Kuzey yarımküre beklendiği gibi yavaşça ısınsa da, karşılaştırılamaz. Cassini görevinin başlangıcında güney yarımkürede yaz ortasında görülen çarpıcı sıcaklık değişiklikleri.
Diğer bir deyişle, Önümüzdeki yaz kuzey yarımkürede Yani, Cassini misyonunun son birkaç yılında (20142017), Satürn'ün kuzey kutbu aniden aktif hale gelebilir.
Bilim adamları, Cassini'nin cevap vermek için son kez kullanmasını endişeyle beklediler.
Yaz Ortasında Stratosfer: "Başka Bir Altıgen"?
Mayıs 2017'de Satürn'ün kuzey yarım küresindeki yaz gündönümü planlandığı gibi geliyor.
Cassini, Eylül 2017'de görevine son verdi.
Son zamanlarda, Fletcher ekibi Cassininin son birkaç yıllık gözlemsel verilerini analiz etmeye devam etti. Sonuçlar yalnızca Cassininin 13 yıllık kutup izleme gözlemlerindeki son boşluğu doldurmakla kalmadı, aynı zamanda daha büyük sürprizler de buldu:
İlkbahar ve yazın başında, Satürn'ün kuzey kutbunun stratosferi aniden troposferik altıgen ile aynı altıgen yapıyı göstermeye başladı! Bu sonuç 3 Eylül 2018'de Nature Communications dergisinde yayınlandı.
Şekil: Satürn'ün kuzey kutbu stratosferinin Cassini bileşik kızılötesi spektrometre (CIRS) ile elde edilen parlaklık sıcaklık haritası. Ekim 2014'ten itibaren, parlaklık sıcaklık farkının altıgen ana hatları görülebilir. Kırmızı daire, Altıgenin en net taslağına sahip resimler. Kaynak: Referanslar.
Bu stratosferdeki altıgenler kendi başlarına bağımsız olarak oluşturulabilir mi? Troposferdeki altıgene çok benzediği için olası değildir.Sürn'ün değişen atmosferinde, aynı yerde farklı yüksekliklerde birbirinden bağımsız iki özdeş yapının oluşacağını hayal etmek zordur.
Satürn'ün kutup bölgelerinin altıgen yapısı büyük olasılıkla Sadece troposferle sınırlı değil , Fakat Troposfer ile stratosfer (yani tropopoz) arasındaki sınıra nüfuz eder ve stratosfere uzanır
Bulutlardan yükselen, 300 kilometre yüksekliğinde altıgen bir kuleydi.
fakat, Bu yaz ortaya çıkan stratosferik altıgen yapı hep var mıydı? Henüz emin değiliz. 2014 öncesi zayıf stratosferik veri sinyali nedeniyle bilim adamları, stratosferdeki altıgen kulenin mevsimsel değişiklikler nedeniyle ilkbahar ve yaza kadar "yükselip yükselmediğini" veya her zaman orada mı durduğunu henüz doğrulayamadılar.
Arktik girdap: Antarktika'dan biraz daha zayıf görünüyor mu?
Satürn'ün kuzey kutbundaki altıgen girdap, Cassini görevinin son birkaç yılında daha aktif hale gelmesine rağmen, "zirve" döneminde bile, Satürn'ün kuzey kutbundaki sıcaklık ve rüzgar, Güney Kutbu'nun "zirvesinde" olduğu seviyeye değişmedi. , Arktik atmosferindeki bazı hidrokarbonların nispi içeriği (özellikle asetilen, metil asetilen, propan, diasetilen ve karbon dioksit) de Antarktika'dan çok daha düşüktür. Bu, Satürn'ün Kuzey Kutbu girdabının Güney Kutbu girdabı kadar "olgun" olmayabileceği anlamına gelir. .
Bunu anlamak zor değil Ne de olsa, kuzey yarımkürede yaz afelyonun yakınında, güney yarımkürede ise günberi yakınında yaz mevsiminde meydana gelir. Kuzey ve güney kutuplarında enerji birikimi yazın farklı oluyor .
diğer yandan, Kuzey ve güney kutuplarındaki siklonlar hakkında hâlâ pek bir şey bilmiyoruz. . Satürn'ün kuzey kutbunun altıgen yapısının dönme ile ilgili kutupsal jetlerden kaynaklandığını zaten bilsek de, kuzey ve güney kutuplarının aktivitesine atmosferdeki sıcaklık artışı ve hidrokarbonların zenginleşmesinin eşlik edeceğini biliyoruz, ancak daha spesifiktir. Oluşum mekanizması net değil. Mevsimsel (hafif) faktörlere ek olarak, atmosferik çökmenin neden olduğu sıcaklık artışı, atmosferik bileşimdeki değişiklikler, etan ve asetilen gibi soğutucuların etkisi gibi atmosferin sıcaklığını ve hareketini etkileyen birçok faktör vardır. Bulanıklığın / aerosollerin etkisi ... bunların hepsi derin bir anlayıştan uzaktır.
Örneğin, bu çalışma aynı zamanda, daha düşük stratosferde (2 mbar ile 100 mbar rakım arasında) (yer ne kadar yüksekse, basınç o kadar düşük, 1 bar yaklaşık olarak dünyadaki standart atmosfer basıncına eşittir), Kuzey Kutbu gözlemlerini bulmuştur. Sıcaklık, önceki teorik tahminlerle daha tutarlıdır, ancak Antarktika'nın gözlemlenen sıcaklığı genel olarak teorik değerden daha yüksektir, bu da Satürn'ün atmosferinin sıcaklığına ilişkin önceki teorik tahminimiz, yalnızca Güney Kutbu'nda bulunan belirli bir ısı kaynağını gözden kaçırdı. Ayrıca, kutup bölgesinin sıcaklık değişim mekanizmasına ilişkin anlayışımızın eksik olduğu anlamına da gelir.
Şekil: Kuzey ve güney kutuplarının yüksekliği ile sıcaklık değişim eğrisi Siyah düz ve kesikli çizgiler teorik değerlerdir ve renkler gerçek gözlemlenen değerlerdir. Kaynak: Referanslar.
Ayrıca, kuzey yarım kürenin yaz gündönümünden sonra, sonbahar ekinoksuna kadar bile aktif olmaya devam etme olasılığı vardır. Veya, Kuzey Yarımküre'nin aktif döneminin zirvesi henüz tam olarak gelmedi .
Ne yazık ki, Cassini'nin bunu kanıtlama şansı yok. .
Belki de aşağıdaki yer tabanlı astronomik teleskoplar ve uzay teleskopları belirli takip gözlemlerini yapabilir.
Örneğin ... yazar sonunda Wannian'ın sıçramasını bekleyebileceğini söyledi. James Webb Teleskopu ne. ( Ciddi misin? )
Postscript
Sonunda, bir basmanın iki makale gönderebileceğini öğrendim! Bu yüzden bugün basılan ikinci makale, ilk olarak geçen yıl Nisan ayında Zhihu köşesinde yayınlanan Cassini'nin muhteşem son bölümüne girişin yeniden basımıdır.
Geçen yıl, bugün, Cassini'nin düştüğü gün de Mengjiang için önemli bir gündü ve benim doktora mezuniyet törenimdi. O zamanlar, Cassini hakkında yarısı kendimi anmak için bir makale yazdım: Cassini || Bir bakışta yirmi yıl.
Zaman uçar ve başka bir yıl aceleyle geçer.
Boşluktaki at, taştaki ateş, rüyadaki vücut.
Yazar hakkında
Gezegen bilimiyle uğraşan Dr. Haibaraemily (haibaraemily), bu kamuya açık açıklamanın ana sayfasıdır. Daha heyecan verici, resmi hesaba dikkat etmeye hoş geldiniz ~
Zhihu, Weibo, Guohu: @haibaraemily
Referanslar
Godfrey, D. A. (1988). Satürn'ün kuzey kutbu etrafındaki altıgen bir özellik. Icarus, 76 (2), 335-356.
Fletcher, Leigh N., ve diğerleri "Satürn'ün kutup sıcaklıklarının ve bileşiminin mevsimsel evrimi." Icarus 250 (2015): 131-153.
Fletcher, LN, Orton, GS, Sinclair, JA, Guerlet, S., Read, PL, Antuñano, A., ... ve Hurley, J. (2018). Satürn'ün yükselen yaz kutuplarını çevreleyen kuzey stratosferinde bir altıgen girdap.Doğa iletişimi, 9.
"Science China", Çin Bilim ve Teknoloji Derneği'nin ve toplumdaki diğer tarafların bilimsel iletişimi gerçekleştirmek için bilgi teknolojisini kullandığı bilimsel bir yetkili markadır.
