Истоки загадочной ряби под названием вес волны над небом Антарктиды были обнаружены впервые
Ученые обнаружили вес волны выше Антарктиды небо в 2016 году. Гравитационные волны, ранее неизвестные, характерны для больших волн, которые непрерывно проходят через верхнюю часть атмосферы Антарктики в течение 3-10 часов. Эти волны, как известно, часто возникают в атмосфере Земли, а также имеют тенденцию исчезать по прошествии некоторого времени. Однако над Антарктидой эти волны очень устойчивы, как показывают периодические наблюдения ученых. Их назвали «гравитационными волнами», потому что они были в основном сформированы силой земных вес и его вращение, и они охватывали 3000 километров в слое мезосферы. Основными слоями атмосферы Земли являются тропосфера, стратосфера, мезосфера и термосфера, являющаяся самым верхним слоем. На тот момент в 2016 году исследователи все еще не могли понять происхождение этих волн. Однако крайне важно точно определить происхождение гравитационных волн, чтобы понять связи между различными слоями земной атмосферы, что затем могло бы предоставить нам ценную информацию о том, как воздух циркулирует вокруг нашей планеты. планета.
Отслеживание происхождения гравитационных волн
В исследовании, опубликованном в Журнал геофизических исследований, та же группа исследователей объединила свои наблюдения в реальном времени с теоретической информацией и моделями, чтобы получить подсказки о гравитационных волнах.1. Они предложили два возможных объяснения вероятного происхождения (как и где они образовались) этих «устойчивых» гравитационных волн. Первое предположение состоит в том, что эти волны возникают либо из более мелких волн более низкого уровня на уровне атмосферы ниже мезосферы, то есть стратосферы (30 миль над поверхностью Земли). Ветры, которые стекают с гор, подталкивают эти более низкоуровневые гравитационные волны, заставляя их расти и в конечном итоге подниматься выше в атмосферу. Как только гравитационные волны достигают конца стратосферы, они разбиваются и возбуждаются, как рябь в океане, генерируя более крупные волны с горизонтальной длиной до 2000 километров (в то время как меньшие более низкие волны достигают 400 миль) и простираются в мезосферу. Этот конкретный способ формирования можно назвать «генерацией вторичных волн». Авторы заметили, что вторичные волны зимой образуются более устойчиво, чем в другое время, и поэтому предполагается, что они возникают в средних и высоких широтах в обоих полушариях. Альтернативная вторая возможность, предложенная исследователями, заключается в том, что гравитационные волны исходят от закрученного полярного вихря. Этот вихрь представляет собой область низкого давления, которая вращается и захватывает небо Антарктиды зимой. Эта форма ветра и погоды циркулирует зимой вокруг Южного полюса. Такие высокоскоростные вращающиеся ветры могут изменять гравитационные волны низкого уровня, когда они движутся вверх в атмосфере, или даже могут генерировать вторичные волны. Авторы заявляют, что любое из их предположений о происхождении гравитационных волн может быть точным, и для конкретного вывода все же могут потребоваться дополнительные исследования.
Исследования в холодной Антарктиде
Чтобы понять происхождение с использованием первого предложения, теория вторичных гравитационных волн Вадаса была рассмотрена вместе с моделью высокого разрешения, разработанной исследователями, и затем была сформулирована теория. Исследователи запускали компьютерные модели, симуляции и расчеты. Они также использовали установки лидарной системы - метод измерения на основе лазера, - благодаря которому они выжили при сильных холодных ветрах и минусовых температурах в Антарктиде. Антарктическая программа США и программа Антарктики Новой Зеландии финансировали их в течение восьми лет в Антарктике. Лидарная система очень мощная и надежная и способна определять температуру и плотность в различных регионах атмосферы. Он может успешно регистрировать возмущения, вызванные гравитационными волнами. Этот метод очень полезен при регистрации областей атмосферы, которые труднее всего наблюдать иным способом. Изучение атмосферных волн на Южном полюсе важно для импровизации климатических и погодных моделей, которые можно использовать как для записи в реальном времени, так и для исследовательских целей. Даже энергию и импульс гравитационных волн можно измерить с помощью мощных лидарных систем.
Это исследование предполагает, что гравитационные волны влияют на глобальную циркуляцию воздуха в атмосфере, которая затем влияет на температуру и перемещение химических веществ, влияющих на изменение климата. Имеющиеся в настоящее время климатические модели не полностью учитывают энергию этих волн. Важно узнать больше о стратосфере, чтобы понять влияние на озоновый слой, который находится в основном в нижних частях стратосферы. Четкое понимание гравитационных волн, особенно того, как генерируются вторичные волны, может помочь нам улучшить существующие модели компьютерного моделирования. Авторы признают наличие других параллельных теорий.2 от 2016 года, которые предполагают, что вибрации шельфового ледника Росса в Антарктиде, вызванные океанскими волнами, могут быть ответственны за создание этой атмосферной ряби и волнистости. Нынешнее исследование помогло сформировать четкую картину глобального поведения атмосферы, хотя многие загадки еще предстоит разгадать. Сочетание наблюдений и компьютерного моделирования может помочь разгадать еще множество тайн этого явления. вселенная.
Источник (ы)
1. Xinzhao C et al. 2018. Лидарные наблюдения стратосферных гравитационных волн с 2011 по 2015 годы в Мак-Мердо (77.84 ° ю.ш., 166.69 ° в.д.), Антарктида: Часть II. Потенциальные плотности энергии, логарифмически нормальные распределения и сезонные колебания. Журнал геофизических исследований. https://doi.org/10.1029/2017JD027386
2. Олег А и др. 2016. Резонансные колебания шельфового ледника Росса и наблюдения за стойкими атмосферными волнами. Журнал геофизических исследований: космическая физика.
https://doi.org/10.1002/2016JA023226
