토성의 북극 육각형

토성 북극의 육각형 구름 패턴의 역동적 인 특성은 첫 관찰 이후 35 년 동안 행성 과학에 의해 설명되지 않았다. 육각과 같은 것은 다른 행성에서 본 적이 없습니다. 남극에 비슷한 패턴이 없다는 것은 또 다른 미해결 문제였습니다.

1980-1981 년 토성의 보이저 1 &2 플라이 바이에 대한 초기 가시적 관찰 결과, 토성 북극의 육각형 구름 패턴은 약 77 ℃의 행성 위도로 나타났습니다. 이 패턴은 1990 년대 허블 우주 망원경에 의해 다시 관찰되었으며, 2000 년대에는 카시니 궤도에 의해 다시 관찰되었습니다. Allison et al. (1990)은 그 당시 북쪽 제트의 육각형 형태의 주요 원인으로서, 육각형 근처에서 볼 수있는 반 사이 클로닉 북극 극점 (NPS) 소용돌이를 나타 냈습니다. 1995 년에서 2004 년 사이의 NPS의 실종은이 시나리오를 무효화했습니다.

일부 실험실 실험과 수치 모델은 육각형의 본질과 특정 특성의 문제를 다룰 수 있지만 (Vatistas et al., 1994; Marcus and Lee, 1998; Jansson et al., 2006; Bergmann et al., 2011), 육각형의 형태로 인해 육각형이 형성된 모든 세트 덱스 거리에서 발생하는 육각형의 형태로 인해 육각형의 형태가 생겨났다. 제트의 폴웨어와 적도면에서 각각의 반 사이 클로닉 소용돌이. 거리를 형성하는 소용돌이는 관찰과 관련하여 너무 크고 너무 강했습니다. 제트의 임시 수직 전단을 제안함으로써 Morales-Juberias et al. (2015)는 관찰과 유사한 날카로운 잠재적 소용돌이 (PV)로 육각형 패턴을 시뮬레이션했다. 그러나, 극지 제트의 수직 전단과 함께 수직 전단과 추정 자오선 온도 구배는 아직 확인되지 않았다.

Rostami et al. (2018)은 극화 평면 근사에서 기압 회전 얕은 물 (RSW) 모델의 프레임 워크에서 문제에 대한 대안적인 접근법을 제안했으며 관측치와 유사한 육각형 패턴을 재현 할 수있다. 이 연구는 육각형의 역학과 토성의 북극 소용돌이 (NPV)와의 강한 관계를 설명했습니다. 이 연구에 적용되는 RSW 모델은 단순성과 동적 일관성을 결합하며 토성의 천문 매개 변수가 제공되는 단일 조정 가능한 매개 변수 :효과적인 Rossby 변형 반경을 포함합니다. 육각형은 주로 구역 제트 및 극성 소용돌이의 관찰 된 패턴의 기압 불안정성으로부터 발생한다는 것이 입증된다.

이 연구는 표준 회전 얕은 물 (RSW) 방정식의 틀에서 토성의 북쪽 및 남쪽 근처에서 관찰 된 구역 제트의 상세한 선형 안정성 분석을 사용합니다. 방위각 파수 6 패턴 (육각)은 북반구에서 합리적인 범위의 매개 변수에 비해 지배적 인 모드 인 것으로 나타났습니다. 새로운 결과는 불안정성의 완전히 비선형 소산이없는 진화 동안 강력한 "Vortex Street"를 만들지 않고 육각형 패턴을 안정화시키는 NPV의 결정적인 역동적 역할이다. 동시에, 순환 제트의 진화만으로도 육각형의 양쪽에 소용돌이 거리가 자라는 것으로 끝납니다.

이러한 결과는 최근 Icarus 저널에 발표 된 토성의 North Polar Hexagon의 역학적 특성에 관한 제목의 기사에 설명되어 있습니다.  이 작품은 Masoud Rostami, Vladimir Zeitlin 및 Université Pierre et Marie Curie (UPMC)의 Aymeric Spiga에 의해 수행되었습니다. 

참조 :

1. Allison, M., Godfrey, D. A., Beebe, R.F., 1990. 토성의 극성 육각형의 파도 역학 해석. 과학 247 (4946), 1061-1063.
2. Bergmann, R., Tophoj, L., Homan, T., Hersen, P., Andersen, A., Bohr, T., 2011. 회전 유체 표면의 다각형 형성 및 표면 흐름. #UID 역학 저널 679, 415-431.
3. Jansson, T. R. N., Haspang, M.P., Jensen, K. H., Hersen, P., Bohr, T., 2006 년 5 월. 회전하는 #UID 표면의 다각형. 물리 Lett. 96, 174502.
4. Marcus, P.S., Lee, C., 1998. 실험실 실험 및 행성 대기에서 동쪽 및 서쪽으로 제트기를위한 모델. 체액의 물리학 10 (6).
5. Morales-Juberias, R., Sayanagi, K. M., Simon, A. A., Fletcher, L. N., Cosentino, R. G., 2015. 토성의 북극 육각형 모델로서의 얕은 대기 제트기. 천체 물리학 저널 편지 806 (1), L18.
6. Rostami, M., Zeitlin, V., Spiga, A., 2017. 토성의 북극 육각형의 역학적 특성. Icarus 297, 59 - 70. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2017.06.006
7. Vatistas, G. H., Wang, J., Lin, S., 1994. Kelvin의 평형에 대한 최근의 발견. Acta Mechanica 103 (1), 89-102.