太陽系

土星と木星の渦巻く嵐は、地球上の他のものとは異なります

2024

木星と土星の渦巻きと渦巻きは魅惑的に見えるかもしれませんが、それらは文字通りそしてそうでなければこの世界の外にある乱流の嵐です。このようなことは地球上では起こりません。

これらの巨大ガスの荒れ狂う嵐は、今まで、私たちの惑星の嵐と同じように、より低い大気から発生すると考えられていました。新しい研究によると、これらの不気味な嵐は、地球の表面のすぐ上で嵐に燃料を供給する外力ではなく、おそらくより深い内力によって動かされていることが示唆されています。木星と土星のシミュレーションは、サイクロンと高気圧からジェットと磁気プルームまで、それらの気象システムが主に激しい内部プロセスによって引き起こされることを示しました。

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木星の大赤斑は、内側のときに形成されたと考えられていますダイナモそれは巨大な惑星の磁場を生成します高気圧 —空気が沈み、雲や雨が形成されない高気圧のシステム—はこれらの現象の1つにすぎません。

これらの巨大な惑星には、強いジェット気流や嵐を抑えることができる堅固な地面がありません（たとえば、ハリケーンは海にとどまることができますが、陸上では長く生き残ることはできません）」と、最近発表された研究を主導したRakesh Kumar Yadav サイエンスアドバンシス、 SYFYWIREに語った。「これらの惑星はまた、地球よりもかなり速く回転しており、それらの大気（およびそれらは固体表面を持たないため、より深い部分）は私たちの大気よりも激しく沸騰しています。これらの要因は、さまざまな気象条件に寄与している可能性があります。

木星と土星では、大赤斑と土星の六角形の嵐だけでなく、最も注目を集めている嵐が多く発生しています。によってビームバックされた最後のものの1つカッシーニそれが土星の大気圏に永遠に消える前に、重力データがあり、それは、ジュノーミッションからのデータとともに、両方の惑星のジェット気流が数千マイルの深さまで急降下しなければならないことをヤダブのチームが決定するのに役立ちました。これは、これらの惑星で見られる嵐の渦のいくつかが、地表のはるか下で発生する対流から発生するかどうかを尋ねる質問を引き起こしました。

「私たちのシミュレーションでの大きな嵐も、木星の大赤斑と同様に、ゆっくりと西方向にドリフトすることがわかりました」と彼は言いました。

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これらの惑星の腸で嵐がどのように発生する可能性があるかを調べるために、研究チームは、彼らがいわゆる薄いシェルと厚いシェルのシミュレーションをモデル化しました。これらのアプローチはどちらも、気象システムが出現する場所を想定するだけではありません。各タイプのシミュレーションは、シミュレーションしている惑星と同じように回転するようにプログラムされた惑星型の球殻に乱流を引き起こす高速対流を考慮に入れました。

「薄いシェルのアプローチは、これらの惑星が急速に回転して対流しているという事実のために、非常に大きな嵐を生み出すことはそれほど難しくないことを示唆しています」とYadavは言いました。「そのような嵐は、乱流自己組織化と呼ばれるプロセスによって自発的に形成されます。しかし、さらに大きな嵐を起こす必要がある場合は、磁場が役割を果たす可能性があります。

これらの巨大ガスでは、対流は地球上と同じように、より暖かく、密度の低いガスが上昇し、より冷たく、より密度の高いガスが沈むことによってもたらされます。ここではガスのみが関係していますが、技術的にはどのガスでも発生する可能性があります体液、または力が作用して変化するときに流れて形を変えることができる物質。

木星の嵐の渦巻き。クレジット：NASA

薄いシェルのケースでは、木星と土星の上層大気の対流層で何が起こっているのかを調査しました。乱気流が発生しますより冷たいガスが沈んでいるより暗い大気バンド、またはベルトと、より暖かいガスが上昇しているゾーンとして知られているより明るいバンドの間。薄肉シェルシミュレーションは、サイクロン、大赤斑を引き起こすと考えられているような高気圧、およびとしても知られているゾーンとベルトを生成しましたゾーンジェット木星や土星のようなガス巨人に。

さて、本当に重いもののために。惑星のダイナモは、その磁場を奥深くから生成します。地球のダイナモは、外核（固体鉄の内核の外側）に絶えず流れる液体鉄であり、電子が流れると電流が発生し、そのエネルギーが磁場に変化します。これが、磁場のある惑星が金属コアを持っていると信じられている理由です。厚いシェルシミュレーションは、流体力学流体のように振る舞う巨大ガスの層は、それらの磁場と相互作用します。これにより、磁場の奥深くで対流が発生し、プルームが宇宙空間に放出されました。より高い磁気エネルギーがあるところはどこでも、それはまたより多くの高気圧を作り出しました。

「時々、内側のダイナモ層は本質的に外側の層に大きな流体のプルームを放出します」とYadavは言いました。「これらのプルームは永遠に消え続けることはできず、すべての嵐の活動が見られる表層によって止められます。ここでは、コリオリの力、（木星の回転のために存在する）、これらのプルームは反サイコニックストームにならなければなりません。これが、パンケーキの形をした巨大な嵐の形成につながるものです。