Új modell a Szaturnusz sarki hatszögének kialakulásáról

A Harvard Egyetem két kutatója bolygóközi viharvadászatra indult: a Szaturnusz északi sarkvidékét körbefogó, különleges, hatszög alakú felhőképződmény kialakulására voltak kíváncsiak. A hatszöget még a Voyager űrszondák segítségével fedezték fel az 1980-as években, majd közelebbről a Cassini űrszonda vizsgálta meg a jellegzetes, több mint 30 ezer kilométer átmérőjű képződményt, amely körül 480 km/h szelek fújnak.

„A földi viharrendszereket jól ismerjük, ezek kerekded, spirálisan csavarodó alakzatúak, de soha nem szögletesek” – mondta Rakesh K. Yadav asztrofizikus, aki a Harvard Föld- és bolygótudományi kutatólaborjának munkatársa. „A hatszögletes vihar nemcsak szembetűnő, hanem teljesen váratlan felfedezés is volt. Vajon miként tudott kialakulni, és minek köszönhető, hogy ilyen hosszú időn át fennmaradt?”

A válaszokért egy 3 dimenziós szimulációt dolgoztak ki a kutatók, amely a Szaturnusz légkörét modellezi, s úgy vélik, e modell segítségével rá is bukkantak az okokra.

A PNAS-ben közzé tett tanulmányukban a szakemberek azt írták, hogy a természetellenesnek tűnő küllemű viharrendszer úgy alakul ki, hogy a Szaturnusz légkörének mélybeli hőáramlása hatására kisebb és nagyobb örvénylések, vagyis ciklonok jönnek létre, s ezek körbeveszik a bolygó északi pólusa körül robogó futóáramlatot (közismert angol nevén a jet stream-et). A kisebb ciklonok kölcsönhatásba lépnek a futóáramlattal, hatszögletű mintázatba kényszerítik, és a bolygó északi pólusa közelében tartják. „A futóáramlatnak, miközben folyamatosan járja útját a bolygó körül, egyidejűleg az útjába eső ciklonokkal is együtt kell léteznie” – magyarázta Yadav. „Képzeljük el a következőt: egy gumigyűrűt egy rakás további gumigyűrűvel veszünk körbe, majd az egészet kívülről megszorítjuk. A legbelső gumigyűrű összenyomódik, és fura, több élű, szögletes alakot ölt majd. Nagyjából ez történik a Szaturnusz légkörében is: van egy rakás kisebb viharunk, amelyek megszorítják a sarkvidék nagyobb léptékű viharait, és mivel mindegyik viharnak el kell valahogyan férnie, a hatszögletes állapot ennek az eredménye.”

A kutatók 3D modellje szerint a viharrendszer több ezer kilométeres mélységbe nyúlik az óriásbolygó légkörében, jóval mélyebbre tehát, mint a felhőzet teteje. A szimuláció a bolygó sugarának mintegy 10 százalékát foglalta magában csupán, és az egy hónapon át tartó modellfutás során kiderült, hogy a mélyből induló meleg, konvektív áramlás hozta létre a sarkvidéki ciklonokat és a keleti irányú futóáramlatot. Amikor ezek a különböző jelenségek a légkör felsőbb rétegében találkoznak, létrejön a hatszögletes mintázat. Mivel az okok a bolygó légkörének mélyéből erednek, ezért a mintázat nemcsak rendkívüli szélerősségű, hanem tartós is maradhat.
„A Szaturnusz hatszöge a turbulens önszerveződés mintapéldája lehet” – írták a szerzők a tanulmányukban. „A modellünk létrehozta a sarki futóáramlatot, a sarki ciklont, és a hatszöghöz nagyban hasonlatos sokszögű mintázatot.”

A modellben kapott 9 oldalú sokszög ugyan nem volt azonos a bolygó valódi hatszögével, és a forgási sebessége is meghaladta az igaziét, azonban az, hogy egyáltalában ilyen mintát mutatott a modell, igazolja azt, hogy jó úton járnak a magyarázattal. Ahhoz azonban, hogy ennél pontosabb képet kapjanak, további adatokra lesz szükség a Szaturnusz légköréről. Sajnos a sarkvidékre a Szaturnusz 30 éves keringési ideje miatt csak ritkán süt a nap, és amikor végre fényt kap a régió, akkor se hatol mélyre a bolygó légkörében. Épp ezért több elképzelés is létezik a hatszög kapcsán, egyesek úgy vélik, hogy csupán pár száz kilométeres mélységig ér, mások szerint, s ide tartozik a mostani kutatópáros is, igen nagy mélységekből ered.

„Tudományos szempontból egy bolygó légköre rendkívül fontos tényező abban, hogy miként hűl ki az adott égitest. Mindazok a dolgok, amelyeket a felszínen látunk, a mélyebb rétegekben lejátszódó hűlési folyamat eredményei, maga a hűlés pedig árulkodó is a mélybeli eseményekről” – mondta Yadav.
A Szaturnusz hatszögének megértése a bolygó kialakulásának és későbbi sorsának megértéséhez járul hozzá.