Saturn posiada wiele cech charakterystycznych. Oczywiście najbardziej znaną są jego wydatne, rozległe pierścienie. Inną i niemniej ciekawą jest sześciokątna burza, która szaleje w obrębie jego bieguna północnego od przynajmniej czterech dekad. Burzę tę odkryto w 1981 roku, dzięki misji Voyager, ale wbrew temu do dziś na jej temat wiadomo bardzo niewiele. To, za sprawą nowych badań, się powoli zmienia.
Jak pokazuje ostatni atmosferyczny model Saturna, przetestowany w laboratorium, sześciokątna burza może wnikać bardzo, bardzo głęboko w atmosferę planety, nawet tysiące kilometrów w głąb. Te same modele mogą wyjaśniać, dlaczego przez ostatnie 40 lat burza cechowała się stosunkowo wysoką stabilnością.
Burzliwa zagadka
Tak w zasadzie w jaki sposób heksagonalny sztorm powstał? Istnieją na ten temat dwie hipotezy. Zgodnie z pierwszą burza mogła zrodzić się z płytkich, występujących w atmosferze giganta naprzemiennie, strumieni gazów – tam gdzie ciśnienie atmosferyczne wynosi około 10 barów, czyli setki kilometrów pod powierzchnią atmosfery. Zgodnie z drugą burza mogła powstać znacznie głębiej, gdzie ciśnienie jest dziesiątki tysięcy razy wyższe – za sprawą tak zwanych głębokich strumieni strefowych, które wnikają nawet tysiące kilometrów w głąb atmosfery.
Co ciekawe, tuż zanim Sonda Cassini dokonała samobójczego nurkowania w atmosferze Saturna, dowiedziano się, że wspomniane strumienie strefowe występują w tej atmosferze nawet na takich głębokościach, gdzie ciśnienie sięga zawrotnych wartości na poziomie przynajmniej 100 tysięcy barów. Dla porównania, światło słoneczne nie pokonuje w atmosferze planety nawet tych głębokości, gdzie ciśnienie wynosi 1 bar.
Heksagonalna burza Saturna. | Źródło: NASA/JPL-Caltech/SSI/Hampton University
Na podstawie własnych obserwacji badacze z Uniwersytetu Harvarda przedstawili nieco inne wyjaśnienie istnienia sześciokątnej burzy. Ich trójwymiarowy model pokazuje, że głęboka konwekcja termalna zachodząca w zewnętrznych warstwach gazowych gigantów może spontanicznie dawać początek gigantycznym polarnym cyklonom, gwałtownym naprzemiennym strumieniom strefowym oraz występującym na dużych wysokościach w atmosferze strumieni przenoszących gaz z zachodu na wschód.
Istotny jest fakt, że omawiany model nie jest idealny. Nie dość, że obejmuje jedynie jedną dziesiątą promienia planety, to obrazuje powstawanie burz trójkątnych, a nie sześciokątnych. Mimo to badacze są przekonani, iż ta uproszczona wizualizacja może pomóc w zrozumieniu niektórych zauważalnych cech Saturna.
Wirująca maska
W symulacji uczonych z Harvardu w obszarze bieguna północnego wytworzył się ogromny cyklon, któremu towarzyszyło kilka mniejszych. Te mniejsze cyklony były jednak przysłonięte przez wzburzony gaz występujący na powierzchni planety, dlatego na pierwszy rzut całość przypominała wielokątny strumień gazu, a nie grupę cyklonów widzianą z góry. Coś podobnego może mieć miejsce na Saturnie.
Symulacja różnych poziomów atmosfery gazowego giganta takiego jak Saturn w obszarze bieguna północnego. Literami od A do D oznaczono coraz jej coraz płytsze warstwy. | Źródło: R. K. Yadav, J. Bloxham. Deep rotating convection generates the polar hexagon on Saturn. Proceedings of the National Academy of Sciences 2020; 202000317.
„Podobny scenariusz może mieć miejsce w przypadku Saturna, gdzie sześciokątny kształt strumienia jest utrzymywany przez sąsiednie sześć dużych wirów, które są ukryte przez chaotyczniejszą konwekcję w płytszych warstwach [atmosfery].”, piszą autorzy symulacji.
Model z Harvardu może wyjaśniać, dlaczego inne symulacje i obserwacje wskazywały na obecność burzy tylko w płytkich częściach atmosfery Saturna, podczas gdy w rzeczywistości ta może sięgać znacznie głębiej. Niemniej, omawiany model jest niekompletny. Należałoby uzupełnić go o więcej atmosferycznych danych dotyczących Saturna, by lepiej odzwierciedlał rzeczywistość.
Źródło: PNAS, Foto.tyt. NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute