Phoebe Newman 
JupiterWielka Czerwona Plama to gigantyczny wir, który istnieje od co najmniej 190 lat. Ostatnie badania sugerują, że różni się ono od wcześniej obserwowanego miejsca, a symulacje badają, w jaki sposób wiatry Jowisza mogły je ukształtować. Wielka Czerwona Plama kurczy się, a przyszłe badania skupią się na jej trwałości i możliwym rozpadzie w przyszłości.
Wielka Czerwona Plama na Jowiszu to jeden z najbardziej rozpoznawalnych obiektów w Układzie Słonecznym. Tę masywną strukturę atmosferyczną, która obecnie rozciąga się na średnicy równej średnicy Ziemi, można łatwo rozpoznać po jej uderzająco czerwonawym kolorze, który ostro kontrastuje z bladymi wierzchołkami chmur Jowisza. Nawet małe teleskopy są w stanie uchwycić jego charakterystyczny wygląd. Wielka Czerwona Plama to gigantyczny wir antycyklonowy, którego zewnętrzne krawędzie charakteryzują się wiatrem osiągającym prędkość 450 km/h. Posiada tytuł największego i najdłużej żyjącego wiru w atmosferze dowolnej planety w naszym Układzie Słonecznym. Jednak dokładny wiek Wielkiej Czerwonej Plamy jest nadal przedmiotem dyskusji, a procesy stojące za jej powstawaniem pozostają tajemnicą.
Spekulacje na temat pochodzenia GRS sięgają pierwszych obserwacji teleskopowych dokonanych przez astronoma Giovanniego Domenico Cassiniktóry w 1665 roku odkrył ciemny owal na tej samej szerokości geograficznej co GRS i nazwał go Plamką Stałą (PS), gdzie on i inni astronomowie obserwowali go aż do 1713 roku.
Następnie zaginął na 118 lat i został dostrzeżony dopiero w 1831 roku przez S. Znowu Schwabe, rzucająca się w oczy konstrukcja, mniej więcej owalna, znajdująca się na tej samej szerokości geograficznej, co wielka konstelacja Krukowatych; Można to uznać za pierwszą obserwację obecnego konstelacji Wielkiego Kruka i być może wyłaniającej się konstelacji Wielkiego Kruka. Od tego czasu konstelacja Większej Wrony jest regularnie obserwowana za pomocą teleskopów i różnych misji kosmicznych, które do dziś odwiedzają planetę.
Analiza rozwoju GRS
W badaniu autorzy najpierw przeanalizowali ewolucję jego wielkości w czasie, strukturę i ruchy obu formacji atmosferycznych, dawnego PS i GRS; W tym celu skorzystali ze źródeł historycznych sięgających połowy XVII wieku, wkrótce po wynalezieniu teleskopu.
„Z pomiarów rozmiarów i ruchów wnioskujemy, że jest bardzo mało prawdopodobne, aby obecna czerwona plama była plamką PS obserwowaną przez J. D. Cassiniego. Plamka PS prawdopodobnie zniknęła gdzieś pomiędzy połową XVIII a XIX wiekiem, w takim przypadku możemy to stwierdzić że trwałość miejsca Alhambra wynosi obecnie co najmniej 190 lat” – wyjaśnił Agustín Sánchez La Vega, profesor fizyki w UPV/EHU, który kierował tymi badaniami. Czerwona Plama, która w 1879 r. mierzyła na swojej najdłuższej osi 39 000 km, obecnie skurczyła się do około 14 000 km, a jednocześnie stała się bardziej zaokrąglona.
Najnowsze wyniki i badania symulacyjne
Co więcej, od lat 70. XX wieku kilka misji kosmicznych dokładnie badało to zjawisko atmosferyczne. Niedawno Sánchez La Vega wyjaśnił, że „różne instrumenty na pokładzie misji Juno na orbicie wokół Jowisza pokazały, że ziemska atmosfera jest płytka i cienka w porównaniu z jej wymiarami poziomymi, czyli około 500 kilometrów w pionie”.
Aby dowiedzieć się, jak powstał ten masywny wir, zespoły UPV/EHU i UPC przeprowadziły symulacje numeryczne na hiszpańskich superkomputerach, takich jak MareNostrum IV firmy BSC, należącej do hiszpańskiej sieci superkomputerowej (RES), wykorzystując dwa uzupełniające się modele zachowania cienkich wirów w Atmosfera Jowisza. Na gigantycznej planecie dominują silne prądy wiatrowe, które przepływają wzdłuż szerokości geograficznych, naprzemiennie w kierunku zgodnym z szerokością geograficzną. Na północ od GRS wiatr wieje w kierunku zachodnim z prędkością 180 km/h, natomiast na południu w przeciwnym kierunku, w kierunku wschodnim, z prędkością 150 km/h. Generuje to ogromne uskoki prędkości wiatru z północy na południe, co jest kluczowym elementem umożliwiającym wzrost wiru.
W badaniach zbadano szereg mechanizmów wyjaśniających genezę GRS, w tym erupcję gigantycznej superburzy, podobnej do tych rzadko obserwowanych na planetach bliźniaczych. SaturnLub połączenie wielu mniejszych wirów wytwarzanych przez uskok wiatru. Wyniki wskazują, że choć w obu przypadkach tworzy się antycyklon, to różni się on kształtem i charakterystyką dynamiczną od występujących we współczesnym GRS. „Uważamy również, że jeśli miało miejsce jedno z tych niezwykłych zjawisk, astronomowie musieli je zaobserwować lub jego konsekwencje w atmosferze i wówczas zgłosić to” – powiedział Sánchez La Vega.
Symulacja numeryczna i badania przyszłości
W trzeciej serii eksperymentów numerycznych zespół badawczy zbadał, w jaki sposób ta czerwona plama powstaje w wyniku znanej niestabilności wiatru, który, jak się uważa, jest w stanie wytworzyć prostokątną komórkę, która ją otacza i więzi. Komórka ta służyłaby jako rodząca się czerwona plamka, której późniejsze skurczenie doprowadziłoby do szybko obracającej się zwartej czerwonej plamki obserwowanej pod koniec XIX wieku. Tworzenie się dużych prostokątnych komórek zaobserwowano już w genezie innych głównych wirów na Jowiszu.
„W naszych symulacjach superkomputery pozwoliły nam odkryć, że długie komórki są stabilne, gdy krążą wokół GRS z prędkością wiatrów Jowisza, czego można się spodziewać, gdy powstają w wyniku tej niestabilności” – powiedział Enrique Garcia Melendo, badacz z Instytutu Wydział Fizyki Uniwersytetu w Pittsburghu. Korzystając z dwóch różnych typów modeli numerycznych, jednego w UPV/EHU i drugiego na Uniwersytecie w Pittsburghu, naukowcy doszli do wniosku, że jeśli prędkość obrotowa głównego GRS będzie mniejsza niż prędkość wiatru w otoczeniu, główny GRS rozpadnie się, powodując niemożliwe jest utworzenie stabilnego wiru. Jeżeli jest zbyt wysoka, charakterystyka początkowego GRS różni się od charakterystyki obecnego GRS.
Przyszłe badania będą miały na celu próbę odtworzenia kurczenia się atmosfery słonecznej w czasie, aby odkryć mechanizmy fizyczne leżące u podstaw jej trwałości w czasie. Jednocześnie spróbuje przewidzieć, czy heliosfera rozpadnie się i zniknie, gdy osiągnie granicę wielkości, jak miało to miejsce w przypadku heliosfery Cassini, czy też ustabilizuje się na granicy wielkości, która może utrzymać się przez wiele lat.
Odniesienie: „Pochodzenie Wielkiej Czerwonej Plamy Jowisza” Agustína Sáncheza-La Vegi, Enrique Garcia-Melendo, Johna Lejarety, Arnau Miro, Manela Sorii i Kevina Ahrensa-Velasqueza, 16 czerwca 2024 r., Listy z badań geofizycznych.
DOI: 10.1029/2024GL108993
