Izvor skrivnostnega valovanja imenovanega teža valovi nad nebom Antarktike so bili prvič odkriti
Znanstveniki so odkrili teža valovi zgoraj Antarktika nebo v letu 2016. Gravitacijski valovi, doslej neznani, so značilni za velike valove, ki neprekinjeno prehajajo skozi zgornjo antarktično atmosfero v trajanju 3-10 ur. Znano je, da se ti valovi pogosto širijo po zemeljski atmosferi in tudi po tem, da izginejo. Vendar pa so nad Antarktiko ti valovi zelo obstojni, kot je razvidno iz občasnih opazovanj znanstvenikov. Ti so bili imenovani "gravitacijski valovi", ker jih je v glavnem tvorila sila Zemlje teža in njegovo rotacijo ter so se raztezali 3000 kilometrov v plasti mezosfere. Glavne plasti Zemljine atmosfere so troposfera, stratosfera, mezosfera in termosfera, ki je najbolj oddaljena plast. Na tej točki leta 2016 raziskovalci še vedno niso mogli razumeti izvora teh valov. Vendar pa je ključnega pomena natančno določiti izvor gravitacijskih valov, da bi razumeli povezave med različnimi plastmi v Zemljini atmosferi, kar bi nam lahko nato zagotovilo dragocene informacije o tem, kako zrak kroži okoli našega planet.
Sledenje izvora gravitacijskih valov
V študiji, objavljeni v Časopis za geofizične raziskave, je ista skupina raziskovalcev združila svoja opazovanja v realnem času s teoretičnimi informacijami in modeli, da bi ustvarila namige o gravitacijskih valovih1. Predlagali so dve možni razlagi za verjeten izvor (kako in kje so nastali) teh "vztrajnih" gravitacijskih valov. Prva trditev je, da ti valovi bodisi izvirajo iz manjših valov nižje ravni v atmosferski ravni pod mezosfero, tj. stratosfero (30 milj nad zemeljsko površino). Vetrovi, ki tečejo navzdol po gorah, spodbujajo te gravitacijske valove nižje ravni, zaradi česar postanejo večji, valovi pa se sčasoma pomaknejo višje v ozračje. Ko gravitacijski valovi dosežejo konec stratosfere, se zlomijo in vznemirijo kot valovanje v oceanu, s čimer ustvarijo večje valove z vodoravno dolžino do 2000 kilometrov (medtem ko so manjši nižji valovi na 400 miljah) in segajo močno v mezosfero. Ta poseben način tvorbe lahko imenujemo "generacija sekundarnih valov". Avtorji so opazili, da se sekundarni valovi pozimi oblikujejo vztrajneje kot v drugih časih in naj bi se tako pojavljali na srednjih do visokih zemljepisnih širinah na obeh hemisferah. Druga možnost, ki jo predlagajo raziskovalci, je, da gravitacijski valovi izvirajo iz vrtinčega polarnega vrtinca. Ta vrtinec je območje nizkega tlaka, ki se pozimi vrti in prevzame nebo Antarktike. Ta oblika vetra in vremena pozimi kroži okoli južnega tečaja. Takšni hitri vrtljivi vetrovi lahko spremenijo gravitacijske valove nizke ravni, ko se premikajo navzgor v ozračju, ali lahko celo ustvarijo sekundarne valove. Avtorji navajajo, da bi lahko bil eden od njihovih predlogov o izvoru gravitacijskih valov točen in da bi konkreten zaključek še vedno zahteval dodatne raziskave.
Raziskovanje na mrzli Antarktiki
Da bi razumeli izvor z uporabo prvega predloga, so upoštevali Vadasovo teorijo sekundarnih gravitacijskih valov skupaj z modelom visoke ločljivosti, ki so ga razvili raziskovalci, nato pa je bila oblikovana teorija. Raziskovalci so izvajali računalniške modele, simulacije in izračune. Uporabili so tudi instalacije lidarskega sistema – lasersko metodo merjenja – za katero so preživeli v močnih hladnih vetrovih in temperaturah pod ničlo na Antarktiki. Program ZDA za Antarktiko in program Antarktike Nova Zelandija sta jih financirala za obdobje osmih let na Antarktiki. Lidarski sistem je zelo zmogljiv in robusten ter ima sposobnost določanja temperature in gostote v različnih regijah atmosfere. Uspešno lahko beleži motnje, ki jih povzročajo gravitacijski valovi. Tehnika je v veliko pomoč pri beleženju predelov atmosfere, ki jih je sicer najtežje opazovati. Študija atmosferskih valov na južnem tečaju je pomembna za improvizacijo podnebnih in vremenskih modelov, ki jih je mogoče uporabiti tako za snemanje v realnem času kot za raziskovalne namene. Celo energijo in zagon gravitacijskih valov je mogoče izmeriti z močnimi lidarskimi sistemi.
Ta študija kaže, da gravitacijski valovi vplivajo na globalno kroženje zraka v atmosferi, ki nato vpliva na temperature in gibanje kemikalij, ki vplivajo na podnebne spremembe. Trenutni klimatski modeli, ki so na voljo, ne upoštevajo v celoti energije teh valov. Pomembno je izvedeti več o stratosferi, da bi razumeli učinke na ozonsko plast, ki se nahaja predvsem v spodnjem delu stratosfere. Jasno razumevanje gravitacijskih valov, zlasti kako nastanejo sekundarni valovi, nam lahko pomaga izboljšati trenutne računalniške simulacijske modele. Avtorji priznavajo druge vzporedne teorije, ki so na voljo2 iz leta 2016, ki nakazujejo, da so za ustvarjanje teh atmosferskih valov in valov morda odgovorne vibracije ledene police Ross na Antarktiki, ki jih povzročajo oceanski valovi. Sedanja študija je pomagala oblikovati jasno sliko globalnega atmosferskega vedenja, čeprav je treba obravnavati še veliko skrivnosti. Kombinacija opazovanj in računalniškega modeliranja lahko pomaga razkriti veliko več skrivnosti tega Vesolje.
***
{Izvirno raziskovalno nalogo lahko preberete s klikom na spodnjo povezavo DOI na seznamu citiranih virov}
Vir (i)
1. Xinzhao C et al. 2018. Lidarska opazovanja stratosferskih gravitacijskih valov od 2011 do 2015 pri McMurdu (77.84 °S, 166.69 °E), Antarktika: Del II. Potencialne gostote energije, log normalne porazdelitve in sezonske spremembe. Journal of Geophysics Research. https://doi.org/10.1029/2017JD027386
2. Oleg A et al. 2016. Resonančne vibracije Rossove ledene police in opazovanja obstojnih atmosferskih valov. Journal of Geophysical Research: Space Physics.
https://doi.org/10.1002/2016JA023226
***
