Foltok születése és halála a Jupiteren

A Naprendszerünk ötödik, a római főistenről elnevezett bolygójának átlagos hőmérséklete 10 fokkal fog csökkeni az elkövetkező években – állítja Philip Marcus a Nature hasábjain.

A kaliforniai Berkeley Egyetem professzora a folyadék-, és atmoszférikus dinamika szabályaira alapozott számítógépes szimulációja segítségével modellezte a Jupiter mintegy 1000 km vastag légkörének ciklikus változásait.

A Jupiter sajátos légköre

A Jupiter légkörét legnagyobbrészt hidrogén és a hélium teszi ki. Az égitest atmoszférája differenciálisan rotál, azaz az egyenlítõ környékén gyorsabban fordul körbe, mint a sarkoknál A légkör színekben rendkívül gazdag, a színárnyalatok eltérő magasságokban lévő, különböző összetételű és hőmérsékletű felhőket jelentenek

A Jupiter egyenlítői területén vastag sávban a szél keleti irányba fúj kb. 100 m/s-os sebességgel. A pólusok felé közeledve a szélsebesség csökken. Keleti illetve nyugati szelek az emelkedő, illetve alászálló légtömegeknek megfelelően váltják egymást. Mintegy tucatnyi, változó irányú, 400-500 km/h szélmozgást is elérő jet stream-t (futó áramot) sikerült megfigyelni a bolygón.

Hasonlóan a Földhöz, az északi féltekén óramutató irányával megegyező anticiklonok és ellentétes irányú ciklonok örvényei borzolják a légkört, a déli féltekén ezek iránya épp a fordítottja. Legjellegzetesebb anticiklon-képződmény a Vörös Folt, amely a bolygó déli féltekéjének 22. szélességi fokán helyezkedik el legalább már 330 éve. Az eddigi megfigyelések alapján változó méretű, 26-48 ezer km hosszúságú, és 10-15 ezer km szélességű képződmény mintegy két-háromszor nagyobb Földünknél.

Kisebb-nagyobb foltok is megtalálhatók a légkörben, azonban ezek változásairól, illetve változásainak jelentőségéről igen megosztott a tudományos közvélemény. 1939-ben a Vörös Folttól délre három kisebb, fehér folt született, amelyek egészen 1997-ig megfigyelhetőek voltak. 1997-ben, 1998-ban, majd 2000-ban azonban ezek az örvénylő légtömegek egymás után nyomtalanul eltűnve állították újabb kérdések elé a kutatókat. Miként keletkeznek ezek az örvények, miért tűnnek el? Mi a folyamat jelentése?

Fehér folt: volt – nincs

Marcus szerint a foltok életciklusa egy sajátos éghajlati folyamat eredménye. Elképzelése szerint a bolygóóriás éghajlati változásai 70 éves ciklusidővel, öt fázison keresztül térnek vissza ugyanabba a kiindulási fázisba.

A folyamat első lépésként olyan örvényformációk jönnek létre, amelyek mentén ellentétes irányba pördülnek el egymáson anticiklonok, illetve ciklonok. A ciklonok jelentős része a légtömegek súrlódása miatt idővel veszít turbulenciájából. Bizonyos, eléggé meglassult örvények annyira legyengülhetnek, hogy prédaként egy-egy másik örvény, jet stream fogságába kerülve feloszlanak. Ez a második fázis, amely a már említett fehér foltok haláláért is felelős. Jogosnak tűnik a kérdés: miként befolyásolhatja az örvények változása a bolygó hőmérsékletét?

Rend és rendezetlenség

Marcus szerint a Jupiter atmoszférájának kaotikus, látszólag rendezetlen örvény-, és áramlás rendszere felelős a felszíni hőmérséklet kiegyensúlyozottságáért. Az égitesten ugyanis, Földünkkel ellentétben, a sarkok és az egyenlítői térségek hőmérséklete nem különbözik számottevő mértékben. Durva hasonlattal élve olyan ez, mint a cukor feloldása kevergetéssel a reggeli kávéban. A modell szerint amennyiben elegendő örvény szűnik meg adott időn belül, úgy csökken a hő egyenletes eloszlása is (harmadik fázis). Ez viszont a légkört keresztül szántó igen gyors áramlású jet stream-k destabilizálódásához vezet – Marcus ezt az állapotot nevezi a negyedik fázisnak.

Lépésről – lépésre

Az ötödik és végső fázis során pedig a stabil rendszerükben megzavart jet stream-k hullámzó áramlása válik jellemzővé, amely a parton megtörő hullámokhoz hasonlóan kisebb-nagyobb örvények kialakulását vonja maga után. A folyamat végül a kisebb örvények összeolvadásán keresztül visszavezet a már vázolt, egymáson elgördülő örvényformációk megjelenéséhez, és a folyamat előröl kezdődik.

A Vörös Folt mindazonáltal egyenlítő-közeli elhelyezkedése folytán nem kerül erre a sorsra. A légköri hőmérséklet változása viszont maga után von olyan eltéréseket kémiai alkotóiban, amelyek színének vörösből téglaszínűbe változását okozhatják.

Marcus modellje túlmutat azon, hogy csupán jó közelítést nyújtson a Naprendszerünk legnagyobb bolygóján tapasztalható légköri folyamatok megértéséhez. Figyelemreméltó módón összekapcsolja az áramlási dinamika szabályszerűségeit a „globális” hőmérsékleti viszonyok változásaival, és ami talán a leglényegesebb, rámutat arra, hogy a kis, lokális zavarok miképpen tudják befolyásolni egy gigantikus rendszer működését.