Вытокі таямнічай рабізны наз вага хвалі над небам Антарктыды былі выяўленыя ўпершыню
Навукоўцы выявілі вага хвалі вышэй Антарктыда неба ў 2016 годзе. Гравітацыйныя хвалі, раней невядомыя, характэрныя для вялікіх хваляў, якія бесперапынна праносяцца праз верхнюю атмасферу Антарктыкі на працягу 3-10 гадзін. Вядома, што гэтыя хвалі часта распаўсюджваюцца па атмасферы Зямлі, а таксама яны маюць тэндэнцыю знікаць пасля працягласці. Аднак над Антарктыдай гэтыя хвалі вельмі ўстойлівыя, як відаць у перыядычных назіраннях навукоўцаў. Іх назвалі «гравітацыйнымі хвалямі», таму што яны ў асноўным былі сфарміраваны зямной сілай вага і яго кручэнне, і яны ахоплівалі 3000 кіламетраў у пласце мезасферы. Асноўныя пласты зямной атмасферы - гэта трапасфера, стратасфера, мезасфера і тэрмасфера - самы далёкі пласт. На той момант у 2016 годзе даследчыкі ўсё яшчэ не маглі зразумець паходжанне гэтых хваль. Аднак вельмі важна дакладна вызначыць паходжанне гравітацыйных хваль, каб зразумець сувязі паміж рознымі пластамі атмасферы Зямлі, што можа даць нам каштоўную інфармацыю аб тым, як паветра цыркулюе вакол нашага планета.
Адсочванне паходжання гравітацыйных хваль
У даследаванні, апублікаваным у Часопіс геафізічных даследаванняў, тая ж група даследчыкаў аб'яднала свае назіранні ў рэжыме рэальнага часу з тэарэтычнай інфармацыяй і мадэлямі, каб стварыць падказкі аб гравітацыйных хвалях1. Яны прапанавалі два магчымых тлумачэння верагоднага паходжання (як і дзе яны ўтварыліся) гэтых «ўстойлівых» гравітацыйных хваль. Першае меркаванне заключаецца ў тым, што гэтыя хвалі альбо ўзнікаюць з меншых хваль ніжняга ўзроўню на ўзроўні атмасферы ніжэй мезасферы, г.зн. стратасферы (30 міль над паверхняй Зямлі). Вятры, якія цякуць уніз з гор, падштурхоўваюць гэтыя гравітацыйныя хвалі ніжняга ўзроўню, прымушаючы іх расці, і хвалі ў канчатковым выніку падымаюцца вышэй у атмасферу. Як толькі гравітацыйныя хвалі дасягаюць канца стратасферы, яны разбіваюцца і ўзбуджаюцца, як рабізна ў акіяне, утвараючы, такім чынам, вялікія хвалі з гарызантальнай даўжынёй да 2000 кіламетраў (у той час як меншыя ніжнія хвалі стаяць на 400 мілях) і значна распаўсюджваюцца ў мезасферу. Гэты канкрэтны спосаб фарміравання можна назваць «генерацыя другасных хваль». Аўтары заўважылі, што другасныя хвалі ўтвараюцца ў зімовы час больш настойліва, чым у іншы час, і, такім чынам, мяркуецца, што яны адбываюцца ў сярэдніх і высокіх шыротах у абодвух паўшар'ях. Альтэрнатыўная другая магчымасць, якую прапанавалі даследчыкі, заключаецца ў тым, што гравітацыйныя хвалі ўзнікаюць з закручанага палярнага віру. Гэты віхор - гэта вобласць нізкага ціску, якая круціцца і захоплівае неба Антарктыды ў зімовы перыяд. Такая форма ветру і надвор'я цыркулюе зімой вакол Паўднёвага полюса. Такія хуткасныя верціцца вятры могуць змяняць гравітацыйныя хвалі нізкага ўзроўню, калі яны рухаюцца ўверх у атмасферы, або нават могуць генераваць другасныя хвалі. Аўтары заяўляюць, што адно з іх меркаванняў аб паходжанні гравітацыйных хваль можа быць дакладным, і канкрэтная выснова можа запатрабаваць дадатковых даследаванняў.
Даследаванне ў халоднай Антарктыдзе
Каб зразумець паходжанне з выкарыстаннем першай прапановы, была разгледжана тэорыя Вадаса другасных гравітацыйных хваль разам з распрацаванай даследчыкамі мадэллю высокага раздзялення, а затым была сфармулявана тэорыя. Даследчыкі правялі кампутарныя мадэлі, мадэляванне і разлікі. Яны таксама выкарыстоўвалі ўстаноўкі сістэмы лідараў - метад вымярэння на аснове лазера - для чаго яны выжылі ва ўмовах магутных халодных ветраў і мінусовых тэмператур у Антарктыдзе. Антарктычная праграма ЗША і праграма Антарктыкі Новай Зеландыі фінансавалі іх на працягу васьмі гадоў у Антарктыдзе. Лідарная сістэма вельмі магутная і надзейная і мае магчымасць вызначаць тэмпературу і шчыльнасць у розных рэгіёнах атмасферы. Ён можа паспяхова фіксаваць абурэння, выкліканыя гравітацыйнымі хвалямі. Тэхніка вельмі карысная для запісу абласцей атмасферы, якія ў іншым выпадку найбольш цяжка назіраць. Вывучэнне атмасферных хваль на Паўднёвым полюсе важна для імправізацыі кліматычных і звязаных з надвор'ем мадэляў, якія можна выкарыстоўваць як для запісу ў рэжыме рэальнага часу, так і для даследчых мэтаў. Нават энергію і імпульс гравітацыйных хваль можна вымераць з дапамогай магутных лідарных сістэм.
Гэта даследаванне сведчыць аб тым, што гравітацыйныя хвалі ўплываюць на глабальную цыркуляцыю паветра ў атмасферы, якая затым уплывае на тэмпературу і рух хімічных рэчываў, якія ўплываюць на змяненне клімату. Бягучыя кліматычныя мадэлі, даступныя, не цалкам улічваюць энергію гэтых хваль. Важна даведацца больш пра стратасферу, каб зразумець уплыў на азонавы слой, які знаходзіцца ў асноўным у ніжняй вобласці стратасферы. Дакладнае разуменне гравітацыйных хваль, асабліва таго, як генеруюцца другасныя хвалі, можа дапамагчы нам палепшыць сучасныя вылічальныя мадэлі мадэлявання. Аўтары прызнаюць і іншыя паралельныя тэорыі2 з 2016 года, якія дазваляюць выказаць здагадку, што вібрацыі шэльфавага ледзянога лёду Роса ў Антарктыдзе, выкліканыя акіянскімі хвалямі, могуць быць адказныя за стварэнне гэтых атмасферных рабізны і хвалістасці. Цяперашняе даследаванне дапамагло сфарміраваць дакладную карціну глабальных паводзін атмасферы, хоць шмат загадак яшчэ трэба вырашыць. Спалучэнне назіранняў і камп'ютэрнага мадэлявання можа дапамагчы разгадаць яшчэ шмат сакрэтаў гэтага сусвет.
***
{Вы можаце прачытаць арыгінальную даследчую працу, націснуўшы на спасылку DOI, прыведзены ніжэй у спісе цытуемых крыніц}
Крыніца (я)
1. Xinzhao C і інш. 2018. Лідарныя назіранні стратасферных гравітацыйных хваль з 2011 па 2015 год у Мак-Мерда (77.84 ° S, 166.69 ° E), Антарктыда: Частка II. Патэнцыйная шчыльнасць энергіі, нармальныя размеркаванні і сезонныя змены. Часопіс геафізічных даследаванняў. https://doi.org/10.1029/2017JD027386
2. Алег А і інш. 2016. Рэзанансныя ваганні шэльфавага ледніка Роса і назіранні за ўстойлівымі атмасфернымі хвалямі. Часопіс геафізічных даследаванняў: Касмічная фізіка.
https://doi.org/10.1002/2016JA023226
***
