The origins of the mysterious ripples called вага waves above Antarctica skies has been discovered for the first time
Scientists detected вага waves above Антарктиди небо у 2016 році. Гравітаційні хвилі, раніше невідомі, характерні для великої брижі, яка безперервно проноситься у верхніх шарах антарктичної атмосфери протягом 3-10 годин. Відомо, що ці хвилі часто поширюються в атмосфері Землі, а також мають тенденцію зникати через певну тривалість. Однак над Антарктидою ці хвилі дуже стійкі, як видно з періодичних спостережень вчених. Їх назвали «гравітаційними хвилями», оскільки вони в основному утворювалися під дією земної сили вага і його обертання, і вони охопили 3000 кілометрів у шарі мезосфери. Основними шарами земної атмосфери є тропосфера, стратосфера, мезосфера і термосфера, тобто найдальший шар. На той момент у 2016 році дослідники все ще не могли зрозуміти походження цих хвиль. Однак надзвичайно важливо точно визначити походження гравітаційних хвиль, щоб зрозуміти зв’язки між різними шарами атмосфери Землі, що потім може надати нам цінну інформацію про те, як повітря циркулює навколо нашої планети. планета.
Відстеження походження гравітаційних хвиль
У дослідженні, опублікованому в Журнал геофізичних досліджень, та ж група дослідників поєднала свої спостереження в реальному часі з теоретичною інформацією та моделями, щоб отримати підказки про гравітаційні хвилі.1. Вони запропонували два можливих пояснення ймовірного походження (як і де вони утворилися) цих «стійких» гравітаційних хвиль. Перше припущення полягає в тому, що ці хвилі або походять від менших хвиль нижнього рівня на рівні атмосфери нижче мезосфери, тобто стратосфери (30 миль над поверхнею Землі). Вітри, які стікають з гір, штовхають ці гравітаційні хвилі нижнього рівня, завдяки чому вони збільшуються, і хвилі в кінцевому підсумку підіймаються вище в атмосферу. Як тільки гравітаційні хвилі досягають кінця стратосфери, вони розриваються і збуджуються, як брижі в океані, таким чином генеруючи більші хвилі з горизонтальною довжиною до 2000 кілометрів (тоді як менші нижчі хвилі стоять на 400 милях) і значно поширюються в мезосферу. Цей конкретний засіб формування можна назвати «генерацією вторинних хвиль». Автори помітили, що вторинні хвилі утворюються взимку інтенсивніше, ніж в інший час, і, таким чином, мають виникати в середніх і високих широтах в обох півкулях. Друга альтернатива, запропонована дослідниками, полягає в тому, що гравітаційні хвилі виникають із закрученого полярного вихору. Цей вихор являє собою область низького тиску, яка обертається і захоплює небо Антарктиди протягом зими. Ця форма вітру і погоди циркулює взимку навколо Південного полюса. Такі високошвидкісні обертові вітри можуть змінювати гравітаційні хвилі низького рівня, коли вони рухаються вгору в атмосфері, або навіть можуть генерувати вторинні хвилі. Автори стверджують, що будь-яка з їхніх припущень про походження гравітаційних хвиль може бути точною, і конкретний висновок все одно може вимагати додаткових досліджень.
Дослідження в холодній Антарктиді
Щоб зрозуміти походження, використовуючи перше положення, теорію Вадаса вторинних гравітаційних хвиль було розглянуто разом із моделлю високої роздільної здатності, розробленою дослідниками, і потім була сформульована теорія. Дослідники проводили комп’ютерні моделі, моделювання та розрахунки. Вони також використовували установки системи лідарів – лазерний метод вимірювання – для чого вони вижили при потужних холодних вітрах і мінусових температурах в Антарктиді. Антарктична програма США та програма Антарктиди Нової Зеландії фінансували їх протягом восьми років в Антарктиді. Лідарна система є дуже потужною та надійною і має здатність визначати температуру та щільність у різних регіонах атмосфери. Він може успішно реєструвати збурення, викликані гравітаційними хвилями. Ця техніка дуже корисна для запису областей атмосфери, які найважче спостерігати іншим чином. Вивчення атмосферних хвиль на Південному полюсі важливо для імпровізації кліматичних і погодних моделей, які можна використовувати як для запису в реальному часі, так і для дослідницьких цілей. Навіть енергію та імпульс гравітаційних хвиль можна виміряти за допомогою потужних лідарних систем.
Це дослідження показує, що гравітаційні хвилі впливають на глобальну циркуляцію повітря в атмосфері, яка потім впливає на температуру та рух хімічних речовин, що впливають на зміну клімату. Сучасні кліматичні моделі не повністю враховують енергію цих хвиль. Важливо дізнатися більше про стратосферу, щоб зрозуміти вплив на озоновий шар, який знаходиться в основному в нижній частині стратосфери. Чітке розуміння гравітаційних хвиль, особливо того, як генеруються вторинні хвилі, може допомогти нам покращити поточні обчислювальні імітаційні моделі. Автори визнають інші паралельні теорії2 з 2016 року, які припускають, що вібрації шельфового льодовика Росса в Антарктиді, спричинені океанськими хвилями, можуть відповідати за створення цих атмосферних брижів і хвилястей. Поточне дослідження допомогло сформувати чітку картину глобальної атмосферної поведінки, хоча багато загадок ще потрібно розкрити. Поєднання спостережень і комп’ютерного моделювання може допомогти розкрити багато інших секретів цього всесвіт.
***
{Ви можете прочитати оригінальну дослідницьку роботу, натиснувши посилання DOI, наведене нижче в списку цитованих джерел(ів)}
Джерела
1. Xinzhao C та ін. 2018. Лідарні спостереження стратосферних гравітаційних хвиль з 2011 по 2015 рр. у Мак-Мердо (77.84 °S, 166.69 °E), Антарктида: Частина II. Потенційні густини енергії, логарифмічні нормальні розподіли та сезонні коливання. Журнал геофізичних досліджень. https://doi.org/10.1029/2017JD027386
2. Олег А та ін. 2016. Резонансні коливання шельфового льоду Росса та спостереження стійких атмосферних хвиль. Журнал геофізичних досліджень: Космічна фізика.
https://doi.org/10.1002/2016JA023226
***
