Met zijn oogverblindend systeem van ijzige ringen, Saturnus is al sinds de oudheid een onderwerp van fascinatie. Zelfs nu heeft de zesde planeet vanaf de zon veel mysteries, deels omdat zijn afstand directe waarneming moeilijk maakt en deels omdat deze gasreus (die meerdere keren zo groot is als onze planeet) een samenstelling en atmosfeer heeft, meestal waterstof en helium, zo anders dan die van de aarde. Als u er meer over te weten komt, zou dit enig inzicht kunnen opleveren in de totstandkoming van het zonnestelsel zelf.

Een van de mysteries van Saturnus betreft de enorme storm in de vorm van een zeshoek op zijn noordpool. De zeszijdige vortex is een atmosferisch fenomeen dat planetaire wetenschappers fascineert sinds de ontdekking in de jaren tachtig door het American Voyager-programma, en het daaropvolgende bezoek in 2006 van de Amerikaans-Europese Cassini-Huygens-missie. De storm is ongeveer 20, 000 mijl in diameter en wordt begrensd door winden die tot 300 mijl per uur blazen. Een orkaan zoals deze bestaat op geen enkele andere bekende planeet of maan.

Twee van de vele wetenschappers die interplanetaire stormjagers zijn geworden die werken om de geheimen van dit wonder te ontrafelen, zijn Jeremy Bloxham, de Mallinckrodt hoogleraar geofysica, en onderzoeksmedewerker Rakesh K. Yadav, die werkt in het laboratorium van Bloxham in Harvard's Department of Earth and Planetary Sciences. In een onlangs gepubliceerd artikel in PNAS , de onderzoekers begonnen zich af te vragen hoe de vortex tot stand kwam.

"We zien regelmatig stormen op aarde en ze draaien altijd in een spiraal, soms cirkelvormig, maar nooit iets met zeshoekige segmenten of polygonen met randen, "Zei Yadav. "Dat is echt opvallend en totaal onverwacht. [De vraag over Saturnus is] hoe is zo'n groot systeem ontstaan ​​en hoe kan zo'n groot systeem onveranderd blijven op deze grote planeet?"

Door een 3D-simulatiemodel van de atmosfeer van Saturnus te maken, Yadev en Bloxham denken dat ze dichterbij een antwoord komen.

In hun krant de wetenschappers zeggen dat de onnatuurlijk ogende orkaan optreedt wanneer atmosferische stromen diep in Saturnus grote en kleine draaikolken (ook wel cyclonen genoemd) creëren die een grotere horizontale straalstroom omringen die naar het oosten waait nabij de noordpool van de planeet en die ook een aantal stormen bevat. De kleinere stormen hebben een wisselwerking met het grotere systeem en als gevolg daarvan knijpen de oostelijke jet effectief en beperken deze tot de top van de planeet. Het knijpen proces vervormt de stroom in een zeshoek.

"Deze jet gaat rond en rond de planeet, en het moet samengaan met deze gelokaliseerde [kleinere] stormen, " zei Yadav, hoofdauteur van de studie. Zie het als volgt:"Stel je voor dat we een rubberen band hebben en we plaatsen er een aantal kleinere elastiekjes omheen en dan knijpen we het hele ding van buitenaf. Die centrale ring zal enkele centimeters worden samengedrukt en een aantal vormen rare vorm met een bepaald aantal randen. Dat is eigenlijk de fysica van wat er gebeurt. We hebben deze kleinere stormen en ze knijpen in feite de grotere stormen in het poolgebied en aangezien ze naast elkaar moeten bestaan, ze moeten op de een of andere manier een ruimte vinden om elk systeem in principe te huisvesten. Door dat te doen, ze maken uiteindelijk deze veelhoekige vorm."

Het model dat de onderzoekers maakten, suggereert dat de storm duizenden kilometers diep is. ruim onder de wolkentoppen van Saturnus. De simulatie imiteert de buitenste laag van de planeet en beslaat slechts ongeveer 10 procent van de straal. In een experiment van een maand liepen de wetenschappers, de computersimulatie toonde aan dat een fenomeen dat diepe thermische convectie wordt genoemd - dat optreedt wanneer warmte van de ene plaats naar de andere wordt overgebracht door de beweging van vloeistoffen of gassen - onverwacht aanleiding kan geven tot atmosferische stromingen die grote polaire cyclonen en een oostwaartse jet op hoge breedtegraad veroorzaken patroon. Wanneer deze zich bovenaan vermengen, vormt het de onverwachte vorm, en omdat de stormen zich diep in de planeet vormen, de wetenschappers zeiden dat het de zeshoek woedend en hardnekkig maakt.

Convectie is dezelfde kracht die tornado's en orkanen op aarde veroorzaakt. Het is vergelijkbaar met het koken van een pan water:de warmte van de bodem wordt overgebracht naar het koudere oppervlak, waardoor de bovenkant gaat bubbelen. Dit is de oorzaak van veel van de stormen op Saturnus, die, als een gasreus, heeft geen vast oppervlak zoals dat van de aarde.

"Het hexagonale stromingspatroon op Saturnus is een treffend voorbeeld van turbulente zelforganisatie, " schreven de onderzoekers in de krant van juni. "Ons model produceert gelijktijdig en zelfconsistent afwisselende zonale jets, de polaire cycloon, en zeshoekige veelhoekige structuren vergelijkbaar met die waargenomen op Saturnus."

Wat het model niet produceerde, echter, was een zeshoek. In plaats daarvan, de vorm die de onderzoekers zagen was een veelhoek met negen zijden die sneller bewoog dan de storm van Saturnus. Nog altijd, de vorm dient als proof of concept voor het algemene proefschrift over hoe de majestueuze vorm wordt gevormd en waarom deze al bijna 40 jaar relatief onveranderd is.

Interesse in de zeshoekige storm van Saturnus gaat terug tot 1988, toen astronoom David A. Godfrey flyby-gegevens van de Saturn-passages van de Voyager-ruimtevaartuigen in 1980 en 1981 analyseerde en de ontdekking rapporteerde. Decennia later, van 2004 tot 2017, NASA's Cassini-ruimtevaartuig heeft enkele van de duidelijkste en bekendste beelden van de anomalie vastgelegd voordat hij zich op de planeet stortte.

Er is relatief weinig bekend over de storm omdat de planeet er 30 jaar over doet om om de zon te draaien, het verlaten van beide polen in duisternis voor die tijd. Cassini, bijvoorbeeld, nam alleen thermische beelden van de storm toen deze voor het eerst aankwam in 2004. Zelfs als de zon op de noordpool van Saturnus schijnt, de wolken zijn zo dik dat het licht niet diep in de planeet doordringt.

Achteloos, er zijn veel hypothesen over hoe de storm is ontstaan. De meeste concentreren zich op twee stromingen:de ene suggereert dat de zeshoek ondiep is en zich slechts honderden kilometers diep uitstrekt; de andere suggereert dat de zonale jets duizenden kilometers diep zijn.

De bevindingen van Yadev en Bloxham bouwen voort op de laatste theorie, maar moeten meer atmosferische gegevens van Saturnus opnemen en hun model verder verfijnen om een ​​nauwkeuriger beeld te krijgen van wat er met de storm gebeurt. Algemeen, het duo hoopt dat hun bevindingen kunnen helpen een portret te schetsen van de activiteit op Saturnus in het algemeen.

"Vanuit wetenschappelijk oogpunt de atmosfeer is erg belangrijk om te bepalen hoe snel een planeet afkoelt. Al deze dingen die je aan de oppervlakte ziet, het zijn in feite manifestaties van de afkoeling van de planeet en de afkoeling van de planeet vertelt ons veel over wat er binnen in de planeet gebeurt, " zei Yadav. "De wetenschappelijke motivatie is in wezen begrijpen hoe Saturnus is ontstaan ​​​​en hoe het in de loop van de tijd evolueert."