de wervelingen, draaikolken, en golvende banden van Jupiter en Saturnus kunnen ons herinneren aan een rustgevende, sterrenhemel, sterrennacht - maar ze onthullen dat deze twee gasreuzen stormachtig zijn, turbulente plekken. De turbulentie produceert energiecascades, een niet-lineaire overdracht van energie tussen verschillende bewegingsschalen. Deze zijn net zo fundamenteel voor het begrijpen van planetaire dynamiek als het cardiovasculaire systeem is voor het begrijpen van het menselijk lichaam.

Maar wetenschappers hadden tot nu toe geen betrouwbare manier om planetaire turbulentie te kwantificeren.

Een wereldwijd team onder leiding van wetenschappers van de Universiteit van Rome, waaronder Boris Galperin, doctoraat, een professor aan het USF College of Marine Science, beschreef de vooruitgang in Geophysical Research Letters. De resultaten laten zien dat de snelheid van de turbulentie-energieoverdracht - tot nu toe een zwarte doos van mysterie - relatief eenvoudig kan worden berekend op basis van een variabele die verband houdt met de planetaire rotatie en bekend staat als potentiële vorticiteit (PV).

De methode werd voor het eerst ontwikkeld door Galperin en zijn afgestudeerde student, Jesse Hoemann, en getest in de experimenten uitgevoerd aan de Universiteit van Rome tijdens het bezoek van Jesse daar. De methode werd bevestigd met behulp van echte snelheidsgegevens die zijn geëxtraheerd uit beelden van Jupiter's wolkenbeweging die zijn vastgelegd door de 20 jaar durende Cassini-missie, aanvullende laboratoriumresultaten uitgevoerd in een roterende tank aan de Universiteit van Rome in Italië, en computersimulaties voor Saturnus.

Op basis van de berekeningen van PV, het team toonde voor het eerst aan dat de snelheid van de energieoverdracht in de atmosfeer van Jupiter vier keer groter is dan die in die van Saturnus.

"Nu kun je zien waarom ik zo enthousiast was over dit werk, " zei Galperin, die enkele jaren geleden het oorspronkelijke idee voor de experimenten ontwikkelde.

Sinds de wetten van turbulentie, zoals alle fundamentele natuurwetten, zijn universeel, de methode kan nu worden toegepast op andere natuurlijke omgevingen zoals de oceaan, zei Galperin. Eddies in de oceaan van de aarde die lijken op de wervelingen op Jupiter, bijvoorbeeld, komen in verschillende sterktes, maten, en levens, en zijn cruciaal voor het begrijpen van de energiebalansen van de aarde, warmte, zout, kooldioxide, en meer.

"Dit is de eerste schatting van de turbulente kracht van Saturnus op basis van waarnemingen, en deze studie baant de weg voor toekomstige data-analyse in andere planetaire atmosferen, " zei hoofdauteur Simon Cabanes, doctoraat, een postdoc bij de afdeling Civiele en Milieutechniek (DICEA) van de Universiteit van Rome La Sapienza.