버클리의 캘리포니아 대학교 (University of California)의 기계 공학과 교수 인 필립 마커스 (Philip Marcus)는 캠퍼스 근처의 커피 숍에서 저에게 알려줍니다. “당신은 너무 많은 것을 배웁니다. 그것이 유체 역학에 정말 매료 된 방법입니다.”
1978 년이었고 Marcus는 Spectral 방법을 사용하여 태양 대류 및 실험실 흐름의 수치 시뮬레이션에 중점을 둔 Cornell의 박사후 첫 해에 첫 해에있었습니다. 그러나 그는 우주 진화와 일반적인 상대성 이론을 연구하고 싶었다. 마커스가 말했듯이 문제는 평생 동안 일반 상대성의 결과를 보지 못했다는 이야기가 없다는 것입니다. 결과적으로,“현장의 종류는 그 자체로 조금 붕괴되어 일반 상대성 이론의 모든 사람들이 다른 분야로 가고있었습니다.”
.Voyager 1은 1978 년에 목성의 목을 다시 지구로 보내기 시작했습니다. 마커스가 말한대로“풀고, 긴장을 풀고, 무엇이든”해야했을 때, 그는 천체 물리학 건물 옆에 특별 도서관으로 걸어 가서 그레이트 레드 스팟의 보이저의 이미지에 감탄했습니다. 폭풍은 로버트 후크 (Robert Hooke)에 의해 처음 관찰 된 1665 년 이래 수억 마일 떨어진 곳에서 폭발했다. “천문학에서 거의 아무도 유체 역학에 대한 훈련을받지 않았다는 것을 깨달았습니다.”라고 그는 말했습니다. "그리고 나는 이것을 공부하기 시작하는 사람만큼 좋은 위치에 있다고 말했다."
.그리고 그는 결코 멈추지 않았습니다. 오늘날 그는 태양계의 가장 유명한 폭풍에 대한 전문가입니다. 그는 산사수의 빌드를 스포츠 한 후 애니메이션으로 내 질문에 대답하여 종종 그의 개념을 명확히하기 위해 손을 흔들었다. 그는이 에너지가 서투른 것을 장려 할 수 있다고 인정했다. "사람들은 저의 leery입니다"라고 그는 말했다. "실험실에 들어갔다면 즉시 모든 것을 깨뜨릴 것입니다." 고맙게도 그는 다음과 같이 설명했습니다.“실험가 인 멋진 친구들이 있다는 것은 큰 행운이 있습니다.”
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목성의 위대한 적색 지점에 대해 매혹적 이는 것은 무엇입니까?
몇 가지. 사람들은 오랫동안 그레이트 레드 스팟이 왜 그렇게 오랫동안 주변에 있었습니까? 큰 붉은 반점은 폭풍이며, 우리는 지구상에서 폭풍에 익숙합니다. 평균 허리케인은 최대 몇 주 동안 지속되며, 파괴를위한 확실한 메커니즘을 가지고 있습니다. 시원한 물로 들어가서 연료 공급을 중단하거나 토지를 넘어 연료 공급을 중단합니다. 토네이도는 상당히 인상적이지만 매우 일시적입니다. 몇 시간 만 지속됩니다. 그렇다면 왜 우리는 오랫동안 큰 붉은 반점을 가지고 있습니까? 사람들은“아, 산 정상 주위에 매달려있는 구름입니다.”라고 말했습니다. 또는 "수소 바다에있는 빙산입니다." 이 이론들은 1979 년경에 Voyagers 1과 2가 지구에 날아 갔을 때 거의 멈췄다. 아무도 그것이 소용돌이라는 것을 알지 못했습니다. 단일 회전에 약 6 일이 걸리는 거대한 허리케인입니다. 미국은 수백 번의 붉은 반점에 맞습니다. 내 말은 정말 거대합니다. Voyager 임무의 가장 큰 장점 중 하나는 그들이 빨간색 지점을 구성하는 수백 개의 구름 사진을 찍었으므로 마침내 모든 것을 소용돌이 치는 것을 볼 수 있었으며, 그것이 우리가 와류라는 것을 확신하는 방법입니다. 아무도 그것이 실제로 회전하고 있다는 것을 알지 못했습니다.
큰 자리는 어떻게 시작 되었습니까?
그레이트 레드 스팟은 아마도 두 가지 방법 중 하나에서 시작되었을 것입니다. 그것은 성층권에 부딪쳐서 소용돌이를 생산하기 위해 굴러 올라가는 크고 위쪽 깃털 일 수 있습니다. 상승하는 깃털이 실제로 안정적 인 대기의 일부로 위로 닿을 수 있다면, 수평으로 바깥쪽으로 퍼져 나가기 시작하면 Jupiter와 같은 빠르게 회전하는 시스템에 있으면 퍼져 나가는 것은 소용돌이를 생성합니다. 또 다른 가능성은 제트 스트림이 불안정 해져 물결 발진을 시작했을 것입니다. 그리고 파도의 진폭이 충분히 커지면 부러져서 와류가 함께 합쳐졌습니다.
왜 다른 곳이 아닌 목성에서 시작 했습니까?
지구상에서 바다 위로 날아가면 구름이 매달려 있기 때문에 아래에 섬이있을 때 거의 확실하게 알 수 있습니다. 그러나 매우 작은 코어로 내려갈 때까지 목성에는 단단한 표면이 없습니다. 기본적으로 유체 공입니다. 대륙과 바다 사이의 차별적 가열이 없습니다. 산맥으로 인해 바람이 중단되지 않습니다. 당신은 그 지저분한 것들을 모두 가지고 있지 않으므로 실제로 잘 정리 된 제트 스트림 세트가 있습니다. 제트 스트림이 있으면 소용돌이가 자연스럽게 형성됩니다. 바람이 반대 방향으로 가면서 서로를 대적합니다. 반대로 움직이는 두 벽 사이의 볼 베어링을 생각해보십시오. 벽은 볼 베어링을 회전시키고 목성의 반대로 움직이는 제트 스트림은 그들 사이의 공기를 회전시킵니다. 제트 스트림 사이의 소용돌이는 그들에게 부딪히는 것에 저항합니다. 욕조에 와류를 만들고 그것을 부수면, 소용돌이는 일반적으로 사라집니다. 구역 바람 사이에 앉아 목성에서 큰 붉은 반점을 시뮬레이션하고 그것을 때리면 두 개로 끊어집니다. 다시 돌아올 것입니다. 그래서 제트 스트림을 소용돌이를 키우고 싶은 정원으로 생각합니다.
무엇이 그 자리를 물리적으로 유지 하는가?
나는 붉은 반점이 위에서 아래로 키가 50 ~ 70km 사이라고 추측하고 있습니다. 좌우로 약 26,000km입니다. 팬케이크입니다. 치약 튜브와 마찬가지로, 중앙에 고압으로 팬케이크를 낭비하면 측면과 위와 아래에서 무언가가 쪼개 질 것입니다. 그레이트 레드 스팟은 중앙에 고압이 높은 것으로 알려져 있지만, 그 방향의 코리올리 힘 때문에 가스는 측면에서 수평으로 분출하지 않습니다. 그렇다면 가스가 수직으로 분출되는 것을 방지 할 수있는 것은 무엇입니까? 내가 그것을 막는 유일한 방법은 그레이트 붉은 반점의 꼭대기에 짙은 차가운 분위기가있는 경우입니다. 그레이트 레드 스팟의 가스를 뒤로 밀어 붙이는 것은 여분의 밀도입니다. 그리고 큰 붉은 반점 아래에 따뜻한 부력 바닥이 있어야하며, 그 바닥은 고압 센터가 그레이트 붉은 반점의 가스를 아래쪽으로 밀고 바닥에서 밀리는 것을 방지합니다. 균형입니다.
따라서 수치 및 분석 계산을 모두 수행하고“음, 뚜껑이 얼마나 밀도가 높습니까? 바닥이 그 평형에 도달하려면 어떻게 부력이 있어야합니까?” 소용돌이의 바람과 관련된 운동 에너지가 있지만, 그 위의 차가운 밀도가 높은 뚜껑과 그 아래에 부력이있는 따뜻한 바닥과 관련된 추가 잠재적 에너지도 있습니다. 그레이트 레드 스팟을 공부하는 대부분의 동료들은 운동 에너지에 대해 걱정하고 있지만, 저는“아니요, 아니요, 얘들 아 :그 중 약 16 %에 불과합니다.” 그레이트 레드 스팟의 에너지의 대부분은 고밀도 차가운 뚜껑과 따뜻한 부력 바닥의 잠재적 에너지에 있습니다. 그레이트 레드 스팟을 공격 할 수있는 것에 대해 걱정하면서 잠들지 않는 밤을 보내고 싶다면 잠재적 에너지를 공격 할 수있는 것에 대해 생각해보십시오.
왜 마찰이 그 자리를 소산하지 않았습니까?
우리의 직관은 소용돌이가 영원히 지속되지 않으며, 항상 어떤 종류의 마찰이 그것을 소비한다고 말합니다. 마찰은 여러 형태로 올 수 있으므로 사람들이 빨간 반점을 파괴하는 매우 적극적인 방법이라고 생각한 것 중 하나는 Rossby Waves의 마찰에 의한 것이 었습니다. Rossby Waves는 대기가 회전하는 평평한 평면과는 달리 회전하는 구형 껍질이기 때문에 대기 중에 존재하는 대기의 파도이며, 대기에서 흔하며 천천히 움직입니다. 사람들은 붉은 반점이 Rossby Waves를 발산 할 것이라고 생각 했고이 Rossby 파도는 그들과 함께 에너지를 운반 할 것이라고 생각했습니다. 두 소용돌이가 충돌하거나 무언가가 충돌 할 때와 같이 갑자기 끔찍한 일이 일어나면 Rossby의 파도가 나오는 것을 볼 수 있습니다. 그러나 일반적으로 소용돌이가 확립되면 로스 비 파도를 방송하는 방송을 폐쇄하므로 로스비 파도의 방사선이 붉은 반점을 파괴하려고한다는 증거는 없습니다.
다른 무엇을 막을 수 있습니까?
빨간색 반점을 공격하고 사라질 수있는 것을 조사하려면 마찰과 같은 운동 에너지를 공격하는 것에 대해 걱정해야 할뿐만 아니라; 또한 잠재적 에너지를 공격하는 것이 더 중요한 것으로 판명 된 것에 대해 걱정해야합니다. 잠재적 인 에너지가 공격을받는 이유는 잘 알려져 있습니다. 이는 "방사성 평형"이라고합니다. 지구 대기 지역을 식히면 스톱워치를 꺼내서“좋아요 또는 어딘가에 약간의 핫스팟을 만들었다면 스톱워치를 꺼내서“좋아요, 광자와 다른 것들을 전송하여 평형을 다시 확립하여 더 이상 열이있는 곳의 열 서명이 없어야합니까?” 우리는 다른 과학자들의 계산에서, 그레이트 붉은 반점이있는 대기의 위치에서, 뜨겁거나 시원한 지점이 사라지는 시간은 약 4 년 반이므로, 여분의 따뜻함이나 여분의 시원함은 완전히 구별 할 수 없게 될 것입니다. 그래서 우리는 많은 수치 시뮬레이션을 수행했으며, 온난화와 냉각의 효과를 붉은 반점의 컴퓨터 모델에 넣으면 그레이트 레드 스팟이 4 년 안에 사라집니다.
.무엇이 계속 되었습니까?
그 자리를 돌아 다니는 평균 속도는 시간당 약 수백 마일입니다. 그리고 제트 스트림은 또한 시간당 몇 백 마일의 순서입니다. 그러나 수직 속도의 추정치는 실제로, 실제로 작습니다. 그들은 시간당 수백 마일이 아닌 시간당 인치 순서이며, 그로 인해 크게 중요하지 않은 것으로 간주되었습니다. 그러나 수직 바람은 넓은 지역에서 발생하므로 지속적으로 발생하므로 우리는 그들이 매우 중요하다고 생각합니다. 우리는 그레이트 붉은 반점을 파괴하려는 것은 쿨 탑으로 전달되는 열이 따뜻한 바닥으로 옮겨지는 열이라고 생각합니다. 그러나 우리는이 복사 열전달에도 불구하고 그레이트 레드 스팟이 살아남는 이유는이 작은 수직 속도입니다.
바람이 내려 가면 따뜻해 지지만 차가워지면 차가워집니다. 그레이트 붉은 반점 안에 광자가있는 열 방사선은 주변 대기와 함께 뚜껑과 바닥의 온도를 평형화하려고합니다. 이것은 차갑고 밀도가 높은 뚜껑을 더 뜨겁게 만드는 경향이 있으며 결국 사라져 큰 붉은 반점을 파괴합니다.
그러나 무거운 뚜껑이 사라지기 시작하면 압력 균형이 손실됩니다. 균형 손실은 그레이트 붉은 반점의 중심에서 고압이 약화 된 뚜껑을 통해 가스를 수직 바깥쪽으로 밀어냅니다. 바람이 올라 가면서 우리의 경험치로 인해 식히고 차가운 공기를 뚜껑에 다시 공급하여 시원하고 무거운 뚜껑으로 재건됩니다. 그레이트 붉은 반점의 바닥과 비슷한 과정이 발생하고 그 결과 열 방사선이 파괴하려는 바닥의 따뜻한 바닥을 다시 설정합니다.
.또한 소산 뚜껑을 통과하는 상향 이동 가스는 큰 적색 반점을 벗어나서 결국 상승을 멈추고 그레이트 레드 스팟의 영역에 비해 매우 큰 지역 위로 수평으로 바깥쪽으로 밀려납니다. 그런 다음 바깥쪽으로 이동하는 것을 멈추고 내려갑니다. 하강하는 가스는 대기의 원자와 분자를 아래쪽으로 둘러싸고 잠재적 에너지를 크게 줄입니다. 마침내 가스는 그레이트 레드 스팟의 중심으로 집으로 돌아와서 여행을 완료합니다. 최종 복귀 여행 집에서 가스는 붉은 반점을 둘러싼 대기에서 해방 된 잠재적 에너지를 수확합니다.
그 에너지의 수확은 열 방사선으로 인한 큰 붉은 반점의 에너지의 손실과 균형을 이루는 것입니다. 컴퓨터 시뮬레이션에서는 실제로 그레이트 레드 스팟에 들어오고 나가는 모든 에너지의 방향과 크기를 측정 할 수 있으며 전체 에너지 예산은 매우 잘 균형을 이룹니다. 가스의 순환으로 인해 큰 적색 반점을 둘러싼 지역의 대기 중에 잠재적 에너지가 많이 드러나지 만 태양이 주변 지역의 복사 평형을 다시 설정하고 에너지를 다시 공급하기 때문에 괜찮습니다. 따라서 궁극적으로 큰 붉은 반점이 파괴되는 것을 막는 에너지의 원천은 태양입니다.
원거리 행성의 대기를 연구 할 때 가치는 무엇입니까?
목성이 우리 자신의 태양계에서 어떻게 작동하는지 이해하지 못하면 다른 태양 주위의 목이 어떻게 작동하는지 어떻게 알 수 있습니까? 다른 태양계에서 목이를 찾는 것은 지금 매우 뜨거운 주제입니다. 왜냐하면 우리는 다른 행성이 있는지, 다른 행성들이 생명을 가질 수 있는지 알고 싶어하기 때문입니다. 당신은 우리의 태양 이외의 별 주위에서 행성을 공부하는 곳에서 시작해야하며, 멍청한 실수를해야합니다. 그것이 필드가 시작되는 방식입니다.
이제 저는 불만을 제기 할 것입니다 :NASA는 훌륭한 조직이며, 나와 동료 이론가들에게 주신 자금에 대해 NASA에게 감사합니다. 그러나 그들이 하드웨어에 지출하는 금액 - 우주에 물건을 가져다주는 금액은 그 물건에서 얻은 데이터를 분석하는 데 소비되는 금액과 비교할 때 매우 불균형입니다. 31 년 전에 수집 한 보이저 여행의 수많은 데이터가 여전히 분석되지 않았으며,이를 조사하기위한 자금을 얻는 것은 매우 어렵습니다. 사람들은“아뇨, 새로운 데이터로 새롭고 흥미 진진한 일을해야합니다! 당신은 돌아가서 너무 오래된 데이터를보고 싶지 않습니다.” 하지만 정말 가치있는 것들이 있습니다! 의회에서 판매하는 것은 하드웨어입니다. 모두 하드웨어를 좋아합니다. NASA가 실제로 필요한 것 - 나는 이것을 말하는 것을 싫어합니다 - 또 다른 Carl Sagan입니다. Carl은 사람들이 우리가 발견 한 내용과 발견을 가능하게하는 기계를 감상 할 수있게 해주었습니다.
Brian Gallagher는 Facts So Romantic의 편집자입니다 Nautilus 블로그 . Twitter@Brianga11agher에서 그를 따르십시오.
Watch :전설적인 영화 편집자 인 Walter Murch는 William Herschel 경이 천왕성을 발견했을 때 일어난 일에 대해 무슨 일이 있었는지
이 기사는 원래 2015 년 3 월에“느린”문제에 출판되었습니다.
