11.3: Anga ya Sayari kubwa

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Jadili muundo wa anga wa sayari kubwa
• Eleza malezi ya wingu na muundo wa anga wa makubwa ya gesi
• Tabia upepo wa sayari kubwa na mifumo ya hali ya hewa
• Kuelewa kiwango na maisha marefu ya dhoruba katika sayari kubwa

Anga za sayari za jovia ni sehemu tunazoweza kuchunguza au kupima moja kwa moja. Kwa kuwa sayari hizi hazina nyuso imara, anga zao ni mwakilishi zaidi wa nyimbo zao za jumla kuliko ilivyo kwa sayari za duniani. Anga hizi zinatupatia pia baadhi ya mifano makubwa zaidi ya mifumo ya hali ya hewa katika mfumo wa jua. Kama tutakavyoona, dhoruba kwenye sayari hizi zinaweza kukua kubwa kuliko sayari nzima ya Dunia.

Muundo wa Anga

Wakati jua linaonyesha kutoka anga ya sayari kubwa, gesi za anga zinaacha “vidole” vyao katika wigo wa mwanga. Uchunguzi wa spectroscopic wa sayari za jovian ulianza karne ya kumi na tisa, lakini kwa muda mrefu, wataalamu wa astronomers hawakuweza kutafsiri spectra waliyoona. Mwishoni mwa miaka ya 1930, makala maarufu zaidi zilizopigwa picha katika spectra hizi zilibakia haijulikani. Kisha spectra bora ilifunua uwepo wa molekuli ya methane (CH ₄) na amonia (NH ₃) katika anga za Jupiter na Saturn.

Mwanzoni wanaastronomia walidhani kwamba methane na amonia zinaweza kuwa sehemu kuu za anga hizi, lakini sasa tunajua kwamba hidrojeni na heliamu ni kweli gesi kubwa. Mchanganyiko uliondoka kwa sababu wala hidrojeni wala heliamu huwa na sifa za spectral zilizogunduliwa kwa urahisi katika wigo unaoonekana. Haikuwa mpaka ndege ya Voyager ilipima spectra ya mbali ya infrared ya Jupiter na Saturn kwamba wingi wa kuaminika kwa heliamu ya ndoto inaweza kupatikana.

Nyimbo za anga hizo mbili zinafanana kwa ujumla, isipokuwa kwamba kwenye Saturn kuna heliamu kidogo kutokana na mvua ya heliamu inayochangia chanzo cha nishati cha ndani cha Saturn. Vipimo sahihi zaidi vya utungaji vilifanywa juu ya Jupiter na probe ya kuingia ya Galileo mwaka 1995; matokeo yake, tunajua wingi wa baadhi ya elementi katika anga ya jovian hata bora kuliko tunavyojua zile za Jua.

JAMES VAN ALLEN: SAYARI KADHAA CHINI YA UKANDA WAKE

Kazi ya mwanafizikia James Van Allen ilizidi kuzaliwa na ukuaji wa umri wa nafasi, na alicheza jukumu kubwa katika maendeleo yake. Alizaliwa Iowa mwaka wa 1914, Van Allen alipata PhD yake kutoka Chuo Kikuu cha Iowa. Kisha alifanya kazi kwa taasisi kadhaa za utafiti na kutumikia katika Navy wakati wa Vita Kuu ya II.

Baada ya vita, Van Allen (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)) aliteuliwa Profesa wa Fizikia katika Chuo Kikuu cha Iowa. Yeye na washirika wake walianza kutumia roketi kuchunguza mionzi ya cosmic katika anga ya nje ya dunia. Ili kufikia urefu wa juu sana, Van Allen aliunda mbinu ambayo puto huinua na kisha huzindua roketi ndogo (roketi inaitwa “rockoon”).

Kielelezo\(\PageIndex{1}\) James Van Allen (1914—2006). Katika picha hii ya 1950, Van Allen ana “rockoon.”

Zaidi ya chakula cha jioni usiku mmoja mwaka 1950, Van Allen na wenzake kadhaa walikuja na wazo la Mwaka wa Kimataifa wa Geophysical (IGY), fursa kwa wanasayansi duniani kote kuratibu uchunguzi wao wa fizikia ya Dunia, hasa utafiti uliofanywa katika urefu wa juu. Mnamo mwaka wa 1955, Marekani na Umoja wa Kisovyeti kila mmoja alijitolea kuzindua satellite inayozunguka Dunia wakati wa IGY, ushindani ulioanza kile kilichokuja kujulikana kama mbio ya anga. IGY (aliweka hadi miezi 18) ulifanyika kati ya Julai 1957 na Desemba 1958.

Umoja wa Kisovyeti ulishinda lap ya kwanza ya mbio kwa kuzindua Sputnik 1 mnamo Oktoba 1957. Serikali ya Marekani ilihamasisha wanasayansi na wahandisi wake kwa juhudi kubwa zaidi za kupata kitu katika nafasi ili kudumisha heshima ya nchi hiyo. Hata hivyo, msingi Marekani satellite mpango, Vanguard, mbio katika matatizo: kila moja ya uzinduzi wake mapema ilianguka au kulipuka. Wakati huo huo, timu ya pili ya wahandisi wa roketi na wanasayansi walikuwa wakifanya kazi kwenye gari la uzinduzi wa kijeshi lililoitwa Jupiter-C. Van Allen aliongoza mpango wa vyombo ndani ya satellite ndogo ambayo gari hili ingebeba. Tarehe 31 Januari 1958, Explorer ya Van Allen 1 akawa satellite ya kwanza ya Marekani katika nafasi.

Tofauti na Sputnik, Explorer 1 alikuwa na vifaa vya kufanya vipimo vya kisayansi vya chembe za juu za nishati juu ya anga. Van Allen na timu yake waligundua ukanda wa chembe zenye kushtakiwa sana zinazozunguka Dunia, na mikanda hii sasa inabeba jina lake. Ugunduzi huu wa kwanza wa kisayansi wa mpango wa nafasi ulifanya jina la Van Allen lijulikane kote duniani.

Van Allen na wenzake waliendelea kupima mazingira magnetic na chembe kuzunguka sayari na spacecraft inazidi kisasa, ikiwa ni pamoja na waanzilishi 10 na 11, ambayo ilifanya tafiti za uchunguzi wa mazingira ya Jupiter na Saturn. Wanasayansi wengine wanataja kanda za chembe za kushtakiwa kuzunguka sayari hizo kama mikanda ya Van Allen pia. (Mara moja, wakati Van Allen alikuwa akitoa hotuba katika Chuo Kikuu cha Arizona, wanafunzi waliohitimu katika sayansi ya sayari walimwuliza kama angeondoka ukanda wake shuleni. Sasa ni kujigamba kuonyeshwa kama “ukanda wa Van Allen” wa chuo kikuu.)

Van Allen alikuwa msaidizi mkubwa wa sayansi ya anga na msemaji mwandamizi mwenye ufasaha wa jumuiya ya kisayansi ya Marekani, akionya NASA kutoweka juhudi zake zote katika spaceflight ya binadamu, bali pia kutumia spacecraft ya roboti kama zana za uzalishaji kwa ajili ya utafutaji wa nafasi.

Mawingu na muundo wa Anga

Mawingu ya Jupiter (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)) ni miongoni mwa vituko vya kuvutia zaidi katika mfumo wa jua, wapendwa sana na watengenezaji wa filamu za sayansi-fiction. Wao huwa na rangi kutoka nyeupe hadi machungwa hadi nyekundu hadi kahawia, huzunguka na kupotosha katika kaleidoscope inayobadilika mara kwa mara ya chati. Saturn inaonyesha shughuli za wingu zinazofanana lakini nyingi zaidi; badala ya rangi zilizo wazi, mawingu yake yana karibu sare ya butterscotch hue (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)),

Kielelezo\(\PageIndex{3}\) Jupiter's Colorful Clouds.Rangi mahiri ya mawingu juu ya Jupiter sasa puzzle kwa wanaastronomia: kutokana na joto baridi na muundo wa karibu 90% hidrojeni, anga lazima haina rangi. Nadharia moja inaonyesha kwamba labda misombo ya hidrojeni yenye rangi huongezeka kutoka maeneo ya joto. Rangi halisi ni kidogo zaidi kimya, kama inavyoonekana katika Kielelezo\(11.1.1\).

Gesi tofauti hufungia kwa joto tofauti. Katika joto na shinikizo la anga ya juu ya Jupiter na Saturn, methane inabakia gesi, lakini amonia inaweza kufungia na kufungia. (Vilevile, mvuke wa maji hupungua juu katika anga ya dunia ili kuzalisha mawingu ya fuwele za barafu.) Mawingu ya msingi tunayoyaona karibu na sayari hizi, iwe kutoka kwenye chombo cha angani au kupitia darubini, yanajumuisha fuwele za amonia zilizohifadhiwa. Mawingu ya amonia yanaashiria makali ya juu ya tropospheres za sayari; juu ya hiyo ni stratosphere, sehemu ya baridi zaidi ya anga. (Tabaka hizi zilifafanuliwa awali katika Dunia kama Sayari.)

Kielelezo\(\PageIndex{4}\) Saturn juu ya Miaka Tano. Picha hizi nzuri za Saturn zilirekodiwa na Telescope ya Hubble Space kati ya 1996 na 2000. Kwa kuwa Saturn inaelekezwa kwa 27°, tunaona mwelekeo wa pete za Saturn kuzunguka ikweta yake inabadilika kadiri sayari inavyoendelea kando ya obiti yake. Kumbuka bendi za usawa katika anga.

Michoro katika Kielelezo\(\PageIndex{5}\) inaonyesha muundo na mawingu katika anga ya sayari zote nne za jovia. Katika Jupiter na Saturn, joto karibu na vichwa vya wingu ni karibu 140 K (tu baridi kidogo kuliko kofia za polar za Mars). Juu ya Jupiter, kiwango hiki cha wingu kina shinikizo la karibu 0.1 bar (moja ya kumi shinikizo la anga kwenye uso wa Dunia), lakini kwenye Saturn hutokea chini katika anga, saa 1 bar. Kwa sababu mawingu ya amonia yanalala sana juu ya Saturn, ni vigumu kuona, na kuonekana kwa jumla kwa sayari ni blander zaidi kuliko kuonekana kwa Jupiter.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\) Anga Muundo wa Sayari Jovian. Katika kila mchoro, mstari wa njano unaonyesha jinsi joto (angalia kiwango chini) hubadilika na urefu (angalia kiwango upande wa kushoto). Eneo la tabaka kuu kwenye kila sayari linaonyeshwa pia.

Ndani ya tropospheres ya sayari hizi, joto na shinikizo huongezeka kwa kina. Kupitia mapumziko katika mawingu ya amonia, tunaweza kuona mionzi ya tantalizing ya tabaka nyingine za wingu ambazo zinaweza kuunda katika mikoa hii ya ndani zaidi ya angahwa—mikoa ambayo ilikuwa sampuli moja kwa moja kwa Jupiter na uchunguzi wa Galileo ulioanguka katika dunia.

Kama ilivyoshuka kwa shinikizo la baa 5, uchunguzi unapaswa kupita katika eneo la mawingu ya maji yaliyohifadhiwa, halafu chini ya hayo ndani ya mawingu ya matone ya maji ya kioevu, labda sawa na mawingu ya kawaida ya troposphere ya duniani. Angalau hii ndio wanasayansi wanavyotarajia. Lakini probe haikuona mawingu ya maji, na ikapima wingi wa mvuke wa maji katika angahewa. Hivi karibuni ikawa wazi kwa wanasayansi wa Galileo kwamba uchunguzi huo ulitokea ukishuka kupitia eneo lisilo la kawaida la kavu, lisilo na wingu la angahewa- downdraft kubwa ya gesi baridi, kavu. Andrew Ingersoll wa Caltech, mwanachama wa timu ya Galileo, aliita tovuti hii ya kuingia “jangwa” la Jupiter. Ni huruma kwamba probe haikuingia kanda zaidi ya mwakilishi, lakini hiyo ni bahati ya kuteka cosmic. Probe iliendelea kufanya vipimo kwa shinikizo la baa 22 lakini haikupata tabaka nyingine za wingu kabla ya vyombo vyake kusimamishwa kufanya kazi. Pia iligundua dhoruba za umeme, lakini kwa umbali mkubwa tu, na kupendekeza zaidi kwamba probe yenyewe ilikuwa katika eneo la hali ya hewa ya wazi.

Zaidi ya mawingu ya amonia inayoonekana katika anga ya Jupiter, tunapata stratosphere ya wazi, ambayo hufikia joto la chini karibu 120 K Katika urefu wa juu, joto linaongezeka tena, kama vile wanavyofanya katika anga ya juu ya Dunia, kwa sababu hapa molekuli huchukua mwanga wa ultraviolet kutoka jua. Rangi ya wingu ni kutokana na uchafu, bidhaa za athari za kemikali kati ya gesi za anga katika mchakato tunayoita photochemistry. Katika anga ya juu ya Jupiter, athari za photochemical huunda misombo mbalimbali ya ngumu ya hidrojeni na kaboni ambayo huunda safu nyembamba ya smog mbali zaidi ya mawingu inayoonekana. Tunaonyesha smog hii kama mkoa fuzzy machungwa katika Kielelezo\(\PageIndex{5}\); Hata hivyo, safu hii nyembamba haina kuzuia mtazamo wetu wa mawingu chini yake.

Anga inayoonekana ya Saturn inajumuisha takriban 75% ya hidrojeni na heliamu 25%, ikiwa na kiasi kidogo cha methane, ethane, propane, na hidrokaboni nyingine. Muundo wa jumla ni sawa na ule wa Jupiter. Joto ni kiasi fulani baridi, hata hivyo, na anga hupanuliwa zaidi kutokana na mvuto wa chini wa uso wa Saturn. Hivyo, tabaka zimewekwa juu ya umbali mrefu, kama unaweza kuona kwenye Mchoro\(\PageIndex{5}\). Kwa ujumla, ingawa, sawa mikoa ya anga, condensation wingu, na athari photochemical kwamba sisi kuona juu ya Jupiter lazima sasa juu ya Saturn (Kielelezo\(\PageIndex{6}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{6}\) Cloud Muundo juu ya Saturn. Katika picha hii ya Cassini, rangi zimeongezeka, hivyo tunaweza kuona bendi na kanda na dhoruba katika angahewa. Bendi ya giza ni kivuli cha pete duniani. (mikopo: NASA/JPL-Caltech/Taasisi ya Sayansi ya Nafasi)

Saturn ina muundo mmoja wa ajabu wa wingu ambao una wanasayansi wenye mystified: muundo wa wimbi la hexagonal karibu na pole ya kaskazini, iliyoonyeshwa kwenye Mchoro\(\PageIndex{7}\). Pande sita za hexagon kila moja ni ndefu kuliko kipenyo cha Dunia. Upepo pia ni juu sana juu ya Saturn, na kasi ya kilomita 1800 kwa saa kipimo karibu na ikweta.

Kielelezo\(\PageIndex{7}\) Hexagon Pattern juu ya Saturn ya Ncha Katika picha hii ya usiku ya infrared kutoka kwa ujumbe wa Cassini, njia ya mkondo wa ndege wa hexagonal ya Saturn inaonekana kama pole ya kaskazini ya sayari inatoka kwenye giza la majira ya baridi.

Angalia picha za hexagon ya Saturn yenye rangi ya chumvi katika video hii fupi ya NASA.

Tofauti na Jupiter na Saturn, Uranus ni karibu kabisa featureless kama inavyoonekana katika wavelengths kwamba mbalimbali kutoka ultraviolet kwa infrared (angalia picha yake badala boring katika sura picha). Mahesabu yanaonyesha kwamba muundo wa msingi wa anga wa Uranus unapaswa kufanana na ule wa Jupiter na Saturn, ingawa mawingu yake ya juu (kwenye kiwango cha shinikizo la 1-bar) yanajumuisha methane badala ya amonia. Hata hivyo, ukosefu wa chanzo cha joto cha ndani huzuia harakati za juu na chini na husababisha hali imara sana na muundo usioonekana.

Neptune inatofautiana na Uranus kwa kuonekana kwake, ingawa joto lao la msingi la anga ni sawa. Mawingu ya juu yanajumuisha methane, ambayo huunda safu nyembamba ya wingu karibu na juu ya troposphere kwa joto la 70 K na shinikizo la baa 1.5. Wengi anga juu ya kiwango hiki ni wazi na uwazi, na haze kidogo kuliko inapatikana kwenye Uranus. Kueneza kwa jua na molekuli za gesi huwapa Neptune rangi ya bluu inayofanana na ile ya anga ya Dunia (Kielelezo\(\PageIndex{8}\)). Safu nyingine ya wingu, labda inajumuisha chembe za barafu za sulfidi hidrojeni, ipo chini ya mawingu ya methane kwa shinikizo la baa 3.

Kielelezo\(\PageIndex{8}\) Neptune. Sayari Neptune inaonekana hapa kama iliyopigwa picha na Voyager mwaka 1989. Rangi ya rangi ya bluu, iliyoenea na usindikaji wa kompyuta, inasababishwa na kueneza kwa jua katika anga ya juu ya sayari.

Tofauti na Uranus, Neptune ina hali ambayo mikondo ya convection-wima rasimu za gesi-hutoka kutoka kwa mambo ya ndani, inayotumiwa na chanzo cha joto cha ndani cha sayari. Maji haya hubeba gesi ya joto juu ya kiwango cha wingu 1.5-bar, na kutengeneza mawingu ya ziada katika upeo wa kilomita 75 juu. Mawingu haya ya juu-urefu huunda mwelekeo mweupe mkali dhidi ya sayari ya bluu chini. Voyager alipiga picha vivuli tofauti juu ya vilele vya wingu vya methane, na kuruhusu urefu wa mawingu ya juu kuhesabiwa. Kielelezo\(\PageIndex{9}\) ni karibu sana ya tabaka za nje za Neptune ambazo hazikuweza kupatikana kutoka duniani.

Kielelezo\(\PageIndex{9}\) High Mawingu katika Anga ya Neptune. Mawingu haya mkali, nyembamba ya cirrus yanafanywa kwa fuwele za barafu la methane Kutoka kwenye vivuli walivyotupa kwenye safu ya wingu kali chini, tunaweza kupima kwamba wao ni kilomita 75 juu kuliko mawingu makuu.

Upepo na Hali ya hewa

Anga ya sayari ya jovia ina mikoa mingi ya shinikizo la juu (ambapo kuna hewa zaidi) na shinikizo la chini (ambapo kuna chini). Kama ilivyo duniani, hewa inapita kati ya mikoa hii, kuanzisha mifumo ya upepo ambayo kisha hupotoshwa na mzunguko wa sayari. Kwa kuchunguza mifumo ya wingu inayobadilika kwenye sayari za jovian, tunaweza kupima kasi ya upepo na kufuatilia mzunguko wa anga zao.

Mwendo wa anga tunaoona kwenye sayari hizi ni tofauti kabisa na yale yaliyo kwenye sayari za duniani. Wengi huzunguka kwa kasi, na mzunguko wao wa haraka huelekea kuenea nje ya mzunguko ndani ya mifumo ya usawa (mashariki-magharibi) inayofanana na equator. Aidha, hakuna uso imara chini ya anga ambayo mifumo ya mzunguko inaweza kusugua na kupoteza nishati (ambayo ni jinsi dhoruba ya kitropiki duniani hatimaye kufa nje wakati wao kuja juu ya ardhi).

Kama tulivyoona, juu ya majitu yote isipokuwa Uranus, joto kutoka ndani huchangia kuhusu nishati nyingi kwa angahewa kama jua kutoka nje. Hii ina maana kwamba mikondo ya kina ya convection ya kupanda hewa ya moto na kuanguka hewa baridi huzunguka katika anga ya sayari katika mwelekeo wima.

Makala kuu ya mawingu inayoonekana ya Jupiter (angalia Kielelezo\(11.1.1\) na Kielelezo\(\PageIndex{3}\), kwa mfano) ni kubadilisha bendi za giza na nyepesi zinazozunguka sayari sambamba na ikweta. Bendi hizi ni sifa za kudumu, ingawa zinabadilika kwa kiwango na msimamo mwaka hadi mwaka. Sambamba na tilt ndogo ya mhimili wa Jupiter, muundo haubadilika na misimu.

Msingi zaidi kuliko bendi hizi ni msingi mifumo ya upepo wa mashariki-magharibi katika anga, ambayo haionekani kubadilika kabisa, hata zaidi ya miongo mingi. Hizi ni mfano katika Kielelezo\(\PageIndex{10}\), ambayo inaonyesha jinsi nguvu upepo ni katika kila latitude kwa sayari kubwa. Katika ikweta ya Jupiter, mkondo wa ndege unapita upande wa mashariki na kasi ya takriban mita 90 kwa sekunde (kilomita 300 kwa saa), sawa na kasi ya mito ya ndege katika anga ya juu ya Dunia. Katika latitudo za juu kuna mito mbadala ya mashariki na magharibi, na kila hemphere ni picha ya kioo karibu kabisa ya nyingine. Saturn inaonyesha mfano sawa, lakini kwa mkondo wa ndege wenye nguvu zaidi, kama tulivyosema hapo awali.

Kielelezo\(\PageIndex{10}\) Upepo juu ya Sayari kubwa. Picha hii inalinganisha upepo wa sayari kubwa, kuonyesha kwamba kasi ya upepo (inavyoonekana kwenye mhimili usawa) na mwelekeo wa upepo hutofautiana na latitude (inavyoonekana kwenye mhimili wima). Upepo hupimwa jamaa na kasi ya mzunguko wa ndani wa sayari. Kasi nzuri ina maana kwamba upepo hupiga mwelekeo sawa na, lakini kwa kasi zaidi kuliko, mzunguko wa ndani wa sayari. Kasi hasi inamaanisha kuwa upepo hupiga polepole zaidi kuliko mzunguko wa ndani wa sayari. Kumbuka kwamba upepo wa Saturn huhamia kwa kasi zaidi kuliko yale ya sayari nyingine.

Kanda za mwanga juu ya Jupiter ni mikoa ya hewa inayoongezeka iliyopigwa na mawingu nyeupe ya amonia ya cirrus. Wao inaonekana kuwakilisha vichwa vya mikondo ya convection ya juu-kusonga. ¹ Mikanda nyeusi ni mikoa ambapo hali ya baridi huenda chini, kukamilisha mzunguko wa convection; ni nyeusi kwa sababu mawingu machache ya amonia inamaanisha tunaweza kuona zaidi katika anga, labda chini ya eneo la mawingu ya hidrosulfidi amonia (NH ₄ SH). uchunguzi Galileo sampuli moja ya wazi ya downdrafts hizi kavu.

Licha ya misimu ya ajabu inayotokana na tilt 98° ya mhimili wake, mzunguko wa msingi wa Uranus unafanana na ikweta yake, kama ilivyo kwa Jupiter na Saturn. Uzito wa angahewa na uwezo wake wa kuhifadhi joto ni kubwa kiasi kwamba vipindi vya miaka 42 vinavyobadilika vya jua na giza vina athari kidogo. Kwa kweli, vipimo vya Voyager vinaonyesha kwamba joto la anga ni hata digrii chache juu ya upande wa baridi wa giza kuliko kwenye hemisphere inakabiliwa na Jua. Hii ni dalili nyingine kwamba tabia ya anga kubwa ya sayari ni tatizo tata ambalo hatujui kikamilifu.

Hali ya hewa ya Neptune ina sifa ya upepo mkali wa mashariki-magharibi kwa ujumla sawa na wale walioonekana kwenye Jupiter na Saturn. Upepo wa upepo wa juu karibu na ikweta yake hufikia kilomita 2100 kwa saa, hata zaidi kuliko upepo wa kilele juu ya Saturn. Mto wa ndege wa Neptune wa equatorial kweli unakaribia kasi ya supersonic (kasi zaidi kuliko kasi ya sauti katika hewa ya Neptune).

Dhoruba kubwa juu ya Sayari kubwa

Juu ya mifumo ya kawaida ya mzunguko wa anga tumeelezea tu ni matatizo mengi ya ndani - mifumo ya hali ya hewa au dhoruba, kukopa neno tunayotumia duniani. Maarufu zaidi ya haya ni kubwa, mviringo, mikoa ya juu-shinikizo kwenye Jupiter (Kielelezo\(\PageIndex{11}\)) na Neptune.

Kielelezo\(\PageIndex{11}\) Storms juu ya Jupiter. Mifano miwili ya dhoruba kwenye Jupiter inaonyesha matumizi ya rangi iliyoimarishwa na tofauti ili kuleta vipengele vya kukata tamaa. (a) Dhoruba tatu zenye umbo la mviringo chini na upande wa kushoto wa Spot Kubwa Red Spot ya Jupiter zinafanya kazi sana, na zimehamia karibu pamoja katika kipindi cha miezi saba kati ya 1994 na 1995. (b) Mawingu ya Jupiter ni magumu na yanayobadilika, kama inavyoonekana katika picha hii ya Hubble Space Telescope kutoka 2007.

Kubwa na maarufu zaidi ya dhoruba za Jupiter ni Great Red Spot, mviringo nyekundu katika nusutufe ya kusini ambayo inabadilika polepole; ilikuwa urefu wa kilomita 25,000 wakati Voyager alipofika mwaka 1979, lakini ilikuwa imeshuka hadi kilomita 20,000 mwishoni mwa misheni ya Galileo mwaka 2000 (Kielelezo\(\PageIndex{12}\)). Dhoruba kubwa imeendelea katika anga ya Jupiter tangu wanaastronomia walipoweza kuiangalia mara ya kwanza baada ya uvumbuzi wa darubini, zaidi ya miaka 300 iliyopita. Hata hivyo, imeendelea kupungua, kuinua uvumi kwamba tunaweza kuona mwisho wake ndani ya miongo michache.

Kielelezo\(\PageIndex{12}\) Jupiter ya Mkuu Red Spot. Hii ni kubwa dhoruba mfumo juu ya Jupiter, kama inavyoonekana wakati wa Voyager spacecraft flyby. Chini na haki ya Red Spot ni moja ya ovals nyeupe, ambayo ni sawa lakini ndogo vipengele high-shinikizo. Mviringo mweupe ni takribani ukubwa wa sayari ya Dunia, kukupa hisia ya kiwango kikubwa cha mifumo ya hali ya hewa tunayoyaona. Rangi kwenye picha ya Jupiter zimekuwa zenye chumvi hapa kwa hivyo wanaastronomia (na wanafunzi wa astronomia) wanaweza kujifunza tofauti zao kwa ufanisi zaidi. Angalia Kielelezo\(11.1.1\) kupata hisia bora ya rangi jicho lako bila kweli kuona karibu Jupiter.

Mbali na maisha yake ya muda mrefu, Doa nyekundu inatofautiana na dhoruba za nchi kwa kuwa mkoa wa shinikizo la juu; kwenye sayari yetu, dhoruba hizo ni mikoa ya shinikizo la chini. Mzunguko wa Red Spot unterclockwise una kipindi cha siku sita. Matatizo matatu yanayofanana lakini madogo (kuhusu makubwa kama Dunia) yaliyoundwa kwenye Jupiter katika miaka ya 1930. Wanaonekana kama ovals nyeupe, na mtu anaweza kuonekana wazi chini na kwa haki ya Spot Kubwa Red katika Kielelezo\(\PageIndex{12}\). Mnamo mwaka wa 1998, chombo cha angani cha Galileo kiliangalia kama mbili za ovali hizi ziligongana na kuunganishwa kuwa moja.

Hatujui ni nini kinachosababisha Spot Kubwa Red au ovals nyeupe, lakini tuna wazo jinsi gani wanaweza kudumu kwa muda mrefu mara moja wao kuunda. Duniani, maisha ya kimbunga kubwa ya bahari au kimbunga ni kawaida wiki chache, au hata chini wakati inapita juu ya mabara na kukutana na msuguano na ardhi. Jupiter haina uso imara ili kupunguza kasi ya usumbufu wa anga; zaidi ya hayo, ukubwa kamili wa misukosuko huwapa utulivu. Tunaweza kuhesabu kwamba katika sayari isiyo na uso imara, maisha ya kitu chochote kikubwa kama Spot Red inapaswa kupimwa kwa karne nyingi, wakati maisha kwa ovals nyeupe inapaswa kupimwa kwa miongo kadhaa, ambayo ni kiasi pretty kile tulichoona.

Licha ya ukubwa mdogo wa Neptune na muundo tofauti wa wingu, Voyager ilionyesha kuwa ilikuwa na kipengele cha anga cha kushangaza sawa na Spot Kubwa ya Red ya Jupiter. Neptune ya Great Dark Spot ilikuwa karibu kilomita 10,000 kwa muda mrefu (Kielelezo\(\PageIndex{8}\)). Katika sayari zote mbili, dhoruba kubwa zilizotengenezwa kwenye latitude 20° S, zilikuwa na sura sawa, na zilichukua sehemu sawa ya kipenyo cha sayari. Great Dark Spot kuzungushwa na kipindi cha siku 17, dhidi ya siku 6 kwa Mkuu Red Spot. Wakati darubini ya Hubble Space ilichunguza Neptune katikati ya miaka ya 1990, hata hivyo, wanaastronomia hawakuweza kupata maelezo yoyote ya Doa Kuu ya giza kwenye picha zao.

Ingawa maelezo mengi ya hali ya hewa kwenye sayari ya jovian bado haijulikani, ni wazi kwamba kama wewe ni shabiki wa hali ya hewa ya ajabu, ulimwengu huu ni mahali pa kuangalia. Tunajifunza vipengele katika anga hizi sio tu kwa nini wanapaswa kutufundisha kuhusu hali katika sayari za jovia, lakini pia kwa sababu tunatarajia kuwa wanaweza kutusaidia kuelewa hali ya hewa duniani tu bora zaidi.

Mfano\(\PageIndex{1}\)

Kasi ya upepo katika mifumo ya dhoruba ya mviringo inaweza kuwa ya kutisha duniani na sayari kubwa. Fikiria juu ya vimbunga vyetu vikubwa duniani. Ikiwa unatazama tabia zao katika picha za satellite zilizoonyeshwa kwenye maduka ya hali ya hewa, utaona kwamba zinahitaji siku moja kuzunguka. Ikiwa dhoruba ina kipenyo cha kilomita 400 na inazunguka mara moja katika 24 h, kasi ya upepo ni nini?

Suluhisho

Kasi sawa umbali kugawanywa na wakati. Umbali katika kesi hii ni mzunguko (\(2 \pi R\)au\(\pi d\)), au takriban 1250 km, na wakati ni saa 24, hivyo kasi ya makali ya dhoruba itakuwa karibu 52 km/h.

Zoezi\(\PageIndex{1}\)

Jupiter's Great Red Spot inazunguka katika 6 d na ina mduara sawa na mduara na radius 10,000 km. Tumia kasi ya upepo kwenye makali ya nje ya doa.

Jibu

Kwa Doa Kuu nyekundu ya Jupiter, mduara (\(2 \pi R\)) ni takriban 63,000 km. Six d sawa na 144 h, na kupendekeza kasi ya juu ya 436 km/h Hii ni kasi zaidi kuliko kasi ya upepo duniani.

Dhana muhimu na Muhtasari

Sayari nne kubwa zina anga zinazofanana kwa ujumla, zikijumuisha zaidi ya hidrojeni na heli. Anga zao zina kiasi kidogo cha methane na gesi ya amonia, zote mbili ambazo pia hufungia kuunda mawingu. Vipande vya wingu vingi (visivyoonekana) vinajumuisha maji na uwezekano wa hidrosulfidi ya amonia (Jupiter na Saturn) na sulfidi hidrojeni (Neptune). Katika anga ya juu, hidrokaboni na misombo mingine ya kufuatilia huzalishwa na photochemistry. Hatujui hasa nini husababisha rangi katika mawingu ya Jupiter. Mwendo wa anga kwenye sayari kubwa unaongozwa na mzunguko wa mashariki-magharibi. Jupiter inaonyesha mifumo ya wingu yenye kazi zaidi, na pili ya Neptune. Saturn kwa ujumla ni bland, licha ya kasi yake ya juu sana ya upepo, na Uranus ni featureless (labda kutokana na ukosefu wake wa chanzo cha joto ndani). Dhoruba kubwa (mifumo ya juu ya shinikizo la mviringo kama vile Spot Kuu ya Red juu ya Jupiter na Great Dark Spot juu ya Neptune) zinaweza kupatikana katika baadhi ya anga za sayari.

maelezo ya chini

^Kumbuka kutoka kwa sura za awali ambazo convection ni mchakato ambao vinywaji, vinapokanzwa kutoka chini, vina mikoa ambapo nyenzo za moto zinaongezeka na nyenzo za baridi zinatoka. Unaweza kuona convection katika kazi kama wewe joto oatmeal juu ya stovetop au kuangalia miso supu kuchemsha.

faharasa

phochemistry

mabadiliko ya kemikali yanayosababishwa na mionzi ya umeme