Jüpiter’deki siklonların NASA uydu görüntüleri, fırtınaların Dünya’dakine benzer süreçlerle beslendiğini ortaya koyuyor

UC San Diego’nun Scripps Oşinografi Enstitüsü’nde fiziksel bir oşinograf olan Lia Siegelman tarafından yürütülen yeni araştırma, Jüpiter gezegeninin kutup bölgelerinde şiddetli fırtınaların, Dünya’nın okyanuslarını ve atmosferini inceleyen fizikçiler tarafından bilinen süreçler tarafından desteklendiğini gösteriyor. İki gezegen arasındaki 452 milyon mili kapsayan jeofiziksel benzerlikler, Dünya’daki bu süreçlerin daha iyi anlaşılmasını kolaylaştırmaya bile yardımcı olabilir.

Siegelman, gezegenimiz ile gaz devi arasındaki bağlantıyı ilk kez 2018 yılında, Jüpiter’in devasa kasırgalarının görüntüleri ile incelemekte olduğu okyanus türbülansı arasında çarpıcı bir benzerlik fark ettiğinde kurdu. Siegelman, bir fizikçi için hava ve suyun her ikisinin de akışkan olarak kabul edildiğini, dolayısıyla okyanus fiziğini Jüpiter’e uygulamanın göründüğü kadar zor olmadığını söyledi. “Jüpiter temelde bir gaz okyanusudur.”

Bu ilk gözlem, Siegelman’ı 2022’de yayınlanan bir çalışmanın ortak yazarı olmaya yöneltti. Doğa Fiziği NASA’nın Juno uzay aracı tarafından alınan Jüpiter siklonlarının yüksek çözünürlüklü kızılötesi görüntülerini analiz eden. Analiz, Dünya’da görülene benzer bir tür konveksiyonun, Jüpiter’in binlerce mil genişliğinde olabilen ve yıllarca sürebilen fırtınalarının korunmasına yardımcı olduğunu ortaya çıkardı.

2022’deki çalışma doğrudan Jüpiter’in kasırgalarına odaklandı, ancak Siegelman aynı zamanda gazlı girdaplar arasındaki boşluklarda araştırmacıların filament olarak bildiği ince dallar da gördü. Bu iplikçiklerin aynı zamanda dünyevi benzerleri de vardı ve Siegelman, Juno’nun ayrıntılı görüntülerini kullanarak gezegenimizin okyanus ve atmosferik süreçleriyle olan bu benzerliğin sadece yüzeysel olup olmadığını araştırdı.

6 Haziran’da yayınlandı Doğa Fiziği Siegelman’ın takip çalışması, Jüpiter’in siklonlarını besleyen süreçler ile Dünya üzerinde etkili olan süreçler arasında ek benzerlikler buluyor. Çalışma, Jüpiter’in siklonları arasındaki filamentlerin, gezegenin dev fırtınalarını teşvik etmek ve sürdürmek için konveksiyonla uyum içinde hareket ettiğini gösteriyor. Spesifik olarak, Jüpiter’in filamentleri, oşinografların ve meteorologların Dünya’daki cepheler olarak adlandırdıkları şeye benzer şekillerde hareket eder.

Cepheler genellikle hava tahminlerinde tartışılır (örneğin soğuk cepheler veya fırtına cepheleri) ancak bunlar hem gazlar hem de sıvılar için geçerlidir. Cephe, sıcaklık gibi özelliklerdeki farklılıklar nedeniyle farklı yoğunluklara sahip gaz veya sıvı kütleleri arasındaki sınırdır. Okyanusta cepheler, sıcaklığın yanı sıra deniz suyunun yoğunluğunu da etkileyen tuzluluk farklılıklarından da kaynaklanabilir. Cephelerin önemli bir özelliği, ön kenarlarının rüzgar veya akıntı oluşturabilecek güçlü dikey hızlara sahip olmasıdır.

Siegelman, Juno’nun görüntülerinde Jüpiter’deki siklonların arasında açıkça görebildiği iplikçiklerin rolünü anlamaya çalışmak için Juno’dan gelen bir dizi kızılötesi görüntüye baktı. Görüntüler Jüpiter’in kuzey kutup bölgesine aitti ve 30 saniyelik artışlarla çekilmişti.

Görüntülerin kızılötesi olması gerçeği, NASA’nın Jet Propulsion Laboratuvarı, California Teknoloji Enstitüsü ve Ecole Normale Superieure’den Siegelman ve ortak yazarı Patrice Klein’ın sıcaklığı hesaplamasına olanak sağladı; parlak alanlar daha sıcak ve karanlık alanlar daha soğuktu. Jüpiter’de, atmosferin daha sıcak kısımları ince bulutlara karşılık gelirken, daha soğuk kısımlar kalın bulut örtüsünü temsil eder ve Jüpiter’in aşırı ısınmış çekirdeğinden yayılan ısının daha fazlasını engeller. Araştırmacılar daha sonra yatay rüzgar hızlarını hesaplamak için fotoğrafları ayıran 30 saniyelik aralıklarla bulutların ve iplikçiklerin hareketini izlediler.

Bu iki bilgi, Siegelman ve Klein’ın okyanus ve atmosfer biliminden elde edilen yöntemleri Jüpiter’e uygulamalarına ve araştırmacıların görüntülerden elde ettiği sıcaklıklara ve yatay rüzgar hızlarına karşılık gelen dikey rüzgar hızlarını hesaplamalarına olanak tanıdı. Ekip dikey rüzgar hızlarını hesapladıktan sonra Jüpiter’in filamentlerinin gerçekten de Dünya’daki cepheler gibi davrandığını görebildiler.

Jüpiter’in cephelerinin kenarlarındaki bu dikey rüzgar hızları, aynı zamanda cephelerin, ısı formundaki enerjiyi gezegenin sıcak iç kısmından üst atmosferine taşımaya dahil olduğu ve dev siklonları beslediği anlamına da geliyordu. Her ne kadar ana itici güç konveksiyon olsa da, cepheler Jüpiter’in siklonlarına güç sağlayan toplam kinetik enerjinin dörtte birini ve dikey ısı aktarımının yüzde kırkını oluşturuyor.

Siegelman, “Jüpiter’in kutuplarındaki bu kasırgalar, ilk kez 2016’da gözlemlendiklerinden beri varlığını sürdürüyor” dedi. “Büyük girdaplar arasındaki bu filamentler nispeten küçüktür ancak siklonları sürdürmek için önemli bir mekanizmadırlar. Cephelerin ve konveksiyonun Dünya ve Jüpiter üzerinde mevcut ve etkili olması büyüleyici; bu, bu süreçlerin diğer türbülanslı sıvılarda da mevcut olabileceğini düşündürüyor” evrendeki bedenler.”

Siegelman ayrıca Jüpiter’in devasa ölçeğinin ve Juno’nun yüksek çözünürlüklü görüntülerinin, cepheler gibi daha küçük ölçekli olayların siklonlar gibi daha büyük olaylarla ve genel olarak atmosferle bağlantı kurma yollarının daha net bir şekilde görselleştirilmesine olanak sağlayabileceğini söyledi; bu bağlantıların genellikle gözlemlenmesi zordur. Çok daha küçük ve daha geçici oldukları Dünya. Ancak araştırmacılar tarafından SWOT olarak bilinen ve uzun süredir beklenen yeni bir uydunun, bu tür okyanus olaylarının gözlemlenmesini büyük ölçüde kolaylaştırmaya hazır olduğunu da sözlerine ekledi.

Siegelman, “Dünyadaki bu fiziksel mekanizmaların diğer uzak gezegenlerde de var olduğunu bulmanın kozmik bir güzelliği var” dedi.