Gibt es einen Zusammenhang zwischen der Menge an Wirbeln und Vorticity in der Atmosphäre eines Gasriesen und seiner Entfernung zu seiner Sonne?

Die Entfernung von der Sonne ist kein wichtiger Faktor für die Verwirbelung von Gasriesen in unserem Sonnensystem

Nach Yadav et al. , Jupiter hat tatsächlich eine höhere Vorticity als Saturn:

Es gibt einen starken Kontrast in der Anzahl der Wirbel zwischen den beiden Planeten: etwa 200 mit 1000 km oder größerem Durchmesser auf Jupiter, während nur 10 bis 50 auf Saturn. Beachten Sie, dass, obwohl beide Planeten auch kleinere Wirbel haben, die Ungleichheit in den Zahlen immer noch besteht. Wirbel sind auch an oder sehr nahe an den Rotationspolen vorhanden: Saturn hat an jedem Pol einen zyklonalen Polarwirbel, während Jupiter an jedem Pol eine Gruppe von Zyklonen hat

Die Autoren behaupten, dass der Unterschied in der Wirbelstärke hauptsächlich auf die Unterschiede in der atmosphärischen Zusammensetzung der beiden Planeten (und ihrer Magnetfelder) zurückzuführen ist, und erwähnen die Entfernung von der Sonne nicht als Faktor. Das folgende Bild stammt aus ihrem Papier:

Der Unterschied in der Vorticity zwischen Saturn und Neptun ist weniger deutlich. Wirbel sind auf Neptun möglicherweise weniger sichtbar, da es in der Atmosphäre weniger Farbkontraste gibt. Neptun hat sicherlich viele Wirbel, einschließlich seiner eigenen Großen Dunklen Flecken. Es hat auch die höchsten Winde, die im Sonnensystem beobachtet werden.

Die Wirbel auf Neptun sind ebenfalls auf der Grundlage dessen modelliert, was wir über die Atmosphäre wissen. Hadlandet al. modellieren die Bildung von Methanwolken in ihrem Artikel: EPIC Simulations of Neptune's Dark Spots Using an Active Cloud Microphysical Model . Hier ist ein Bild des Großen Dunklen Flecks (Mitte), aufgenommen von Voyager 2 im Jahr 1989.

Sie können dieses Bild diesem neueren Bild von Saturn von Cassini gegenüberstellen:

Es ist mir sicherlich nicht klar, welcher Planet turbulenter ist.

Wenn man die oben genannten Artikel liest, sind die Vorticity von Jupiter, Saturn und Neptun auf Folgendes zurückzuführen:

1. Das atmosphärische Make-up
2. Die Menge der Wärmeübertragung in Konvektionsströmen
3. Die Coriolis-Effekte auf die Atmosphäre aufgrund der Rotationsgeschwindigkeit der Planeten

Beachten Sie, dass das Verhältnis zwischen abgegebener und von der Sonne absorbierter Leistung 2,5 für Jupiter, 2,4 für Saturn und 2,7 für Neptun beträgt, was bedeutet, dass die Konvektionsströme hauptsächlich durch geothermische Energieverluste und nicht durch Sonnenwärme (im Gegensatz zur Atmosphäre der Erde) angetrieben werden ).

Es wird tatsächlich erwartet, dass heiße Jupiter-Exoplaneten „extrem wirbelnde, komplexe Wettermuster“ haben!

Obwohl die Sonne nicht die Hauptrolle für unsere weit entfernten Gasriesen spielt, spielt sie wahrscheinlich eine enorme Rolle in den Wettermustern heißer Jupiter! Die meisten heißen Jupiter werden durch Gezeiten an ihre Sterne gebunden, da die Zeit bis zur Gezeitenverriegelung proportional zu ist$a^6$, Wo$a$ist die große Halbachse der Umlaufbahn des Planeten. Planeten mit einem kleinen$a$Gezeitensperre sehr schnell.

Heiße Jupiter in Gezeitensperre mit ihrem Stern haben eine viel langsamere Rotationsrate (in der Größenordnung von Tagen) als die Rotationsrate unseres Jupiters (~ 10 Stunden). Das bedeutet, dass der Beitrag zur Verwirbelung aufgrund von Coriolis-Kräften proportional geringer sein wird. Die Wärmeübertragung in der oberen Atmosphäre wird jedoch viel dramatischer sein, da ein Großteil der auf der „Tagseite“ des Planeten absorbierten Wärme von der „Nachtseite“ des Planeten abgegeben wird. Skinner und Cho (2021) führen in ihrem Paper Numerical Convergence of Hot-Jupiter Atmospheric Flow Solutions numerische Simulationen durch und heben hervor, dass ihre Lösung:

verfügt über einen dynamischen, zonalen (Ost-West) asymmetrischen Strahl mit einer großen Menge an kleinräumigen Wirbeln und Schwerewellen.

Hier ist eines der schönen Simulationsbilder aus ihrem Papier: