Pochodzenie tajemniczych zmarszczek tzw powaga Po raz pierwszy odkryto fale nad niebem Antarktydy
Naukowcy odkryli powaga fale powyżej Antarktydy nieba w 2016 roku. Fale grawitacyjne, wcześniej nieznane, są charakterystyczne dla dużych zmarszczek, które nieustannie przemieszczają się w górnej części atmosfery Antarktydy w ciągu 3-10 godzin. Wiadomo, że fale te często rozchodzą się w ziemskiej atmosferze, a także mają tendencję do zanikania po pewnym czasie. Jednak nad Antarktydą fale te są bardzo trwałe, co pokazują okresowe obserwacje naukowców. Zostały one nazwane „falami grawitacyjnymi”, ponieważ zostały utworzone głównie przez siłę ziemskich powaga i jej obrót i rozciągały się na 3000 kilometrów w warstwie mezosfery. Głównymi warstwami atmosfery ziemskiej są troposfera, stratosfera, mezosfera i termosfera, która jest warstwą najdalej położoną. W tym momencie w 2016 roku badacze nadal nie byli w stanie zrozumieć pochodzenia tych fal. Kluczowe jest jednak dokładne określenie pochodzenia fal grawitacyjnych, aby zrozumieć powiązania między różnymi warstwami atmosfery ziemskiej, co mogłoby dostarczyć nam cennych informacji na temat obiegu powietrza wokół naszej planety. planeta.
Śledzenie pochodzenia fal grawitacyjnych
W badaniu opublikowanym w Journal of Geophysical Research, ta sama grupa naukowców połączyła swoje obserwacje w czasie rzeczywistym z informacjami teoretycznymi i modelami, aby wygenerować wskazówki dotyczące fal grawitacyjnych1. Zaproponowali dwa możliwe wyjaśnienia prawdopodobnego pochodzenia (jak i gdzie powstały) tych „trwałych” fal grawitacyjnych. Pierwsza propozycja jest taka, że fale te albo pochodzą z mniejszych fal niższych poziomów w atmosferze poniżej mezosfery, tj. w stratosferze (30 mil nad powierzchnią Ziemi). Wiatry, które spływają z gór, napędzają te fale grawitacyjne niższego poziomu, powodując, że stają się one większe, a fale w końcu wznoszą się wyżej w atmosferę. Gdy fale grawitacyjne dotrą do końca stratosfery, pękają i wzbudzają się jak zmarszczki na oceanie, generując w ten sposób większe fale o długości poziomej dochodzącej do 2000 kilometrów (podczas gdy mniejsze, niższe fale znajdują się na 400 milach) i rozciągają się znacznie w głąb mezosfery. Ten szczególny sposób formacji można określić jako „generację fal wtórnych”. Autorzy zaobserwowali, że w zimie fale wtórne tworzą się bardziej uporczywie niż w innych okresach, a zatem przypuszcza się, że występują na średnich i wysokich szerokościach geograficznych na obu półkulach. Alternatywną drugą możliwością sugerowaną przez naukowców jest to, że fale grawitacyjne pochodzą z wirującego wiru polarnego. Ten wir jest obszarem niskiego ciśnienia, który rotuje i przejmuje niebo Antarktydy podczas zimy. Ta forma wiatru i pogody krąży zimą wokół bieguna południowego. Takie szybko wirujące wiatry mogą zmieniać fale grawitacyjne na niskim poziomie, gdy poruszają się w górę w atmosferze, a nawet mogą generować fale wtórne. Autorzy twierdzą, że każda z ich sugestii dotyczących pochodzenia fal grawitacyjnych może być dokładna, a konkretny wniosek może nadal wymagać dodatkowych badań.
Badania na zimnej Antarktydzie
Aby zrozumieć pochodzenie na podstawie pierwszej propozycji, rozważono teorię wtórnych fal grawitacyjnych Vadasa wraz z opracowanym przez naukowców modelem o wysokiej rozdzielczości, a następnie sformułowano teorię. Badacze przeprowadzili modele komputerowe, symulacje i obliczenia. Wykorzystali również instalacje systemu lidar – laserową metodę pomiaru – dzięki której przetrwali w silnych zimnych wiatrach i ujemnych temperaturach na Antarktydzie. US Antarctic Program i Antarctica New Zealand finansowały je przez okres ośmiu lat na Antarktydzie. System lidar jest bardzo wydajny i wytrzymały oraz ma możliwość określania temperatury i gęstości w różnych regionach atmosfery. Z powodzeniem może rejestrować perturbacje wywołane falami grawitacyjnymi. Technika ta jest bardzo pomocna w rejestrowaniu rejonów atmosfery, które w inny sposób są najtrudniejsze do zaobserwowania. Badanie fal atmosferycznych na biegunie południowym jest ważne dla improwizacji modeli klimatycznych i pogodowych, które można wykorzystać zarówno do nagrywania w czasie rzeczywistym, jak i do celów badawczych. Nawet energię i pęd fal grawitacyjnych można zmierzyć potężnymi systemami lidarowymi.
Badanie to sugeruje, że fale grawitacyjne wpływają na globalną cyrkulację powietrza w atmosferze, co z kolei wpływa na temperaturę i ruch substancji chemicznych wpływających na zmianę klimatu. Obecne dostępne modele klimatyczne nie uwzględniają całkowicie energii tych fal. Ważne jest, aby dowiedzieć się więcej o stratosferze, aby zrozumieć wpływ na warstwę ozonową, która znajduje się głównie w niższych obszarach stratosfery. Dokładne zrozumienie fal grawitacyjnych, a zwłaszcza sposobu generowania fal wtórnych, może pomóc nam ulepszyć obecne modele symulacji obliczeniowych. Autorzy uznają inne dostępne równoległe teorie2 z 2016 r., które sugerują, że wibracje szelfu lodowego Rossa na Antarktydzie powodowane przez fale oceaniczne mogą być odpowiedzialne za powstawanie zmarszczek i falowań atmosferycznych. Obecne badanie pomogło stworzyć jasny obraz zachowania atmosfery na świecie, chociaż wiele tajemnic nadal wymaga rozwiązania. Połączenie obserwacji i modelowania komputerowego może pomóc w odkryciu wielu innych tajemnic tego zjawiska wszechświat.
***
{Możesz przeczytać oryginalną pracę naukową, klikając link DOI podany poniżej na liście cytowanych źródeł}
Źródło (s)
1. Xinzhao C i in. 2018. Obserwacje lidarowe stratosferycznych fal grawitacyjnych w latach 2011-2015 w McMurdo (77.84 ° S, 166.69 ° E), Antarktyda: część II. Potencjalne gęstości energii, rozkład logarytmiczny normalny i wahania sezonowe. Dziennik badań geofizycznych. https://doi.org/10.1029/2017JD027386
2. Oleg A i in. 2016. Drgania rezonansowe Lodowca Szelfowego Rossa i obserwacje trwałych fal atmosferycznych. Journal of Geophysical Research: Fizyka Kosmiczna.
https://doi.org/10.1002/2016JA023226
***
