Khoa học ứng dụng

19/07/2024 - 14:44

Hé lộ lý do Vết Đỏ Lớn trên Sao Mộc thay đổi kích cỡ

Vết Đỏ Lớn trên Sao Mộc - cơn bão gió lớn nhất trong hệ mặt trời - đã co lại trong phần lớn thế kỷ qua, đặc biệt là trong 50 năm gần đây.

Vết Đỏ Lớn trên Sao Mộc thay đổi kích cỡ. (Nguồn: phys)

Một nghiên cứu mới của giới khoa học Mỹ có thể giúp giải thích lý do Vết Đỏ Lớn trên Sao Mộc - cơn bão gió lớn nhất trong hệ Mặt Trời - đang thu hẹp dần.

Nằm ở bán cầu nam của Sao Mộc, Vết Đỏ Lớn là một hình bầu dục màu đỏ cam xoáy cuộn với áp suất cao, rộng hơn 16.000km. Gió ở đây liên tục thổi với tốc độ hơn 320 km/h theo chiều ngược kim đồng hồ, theo đó được gọi là xoáy nghịch.

Vết Đỏ Lớn đã co lại trong phần lớn thế kỷ qua, đặc biệt là trong 50 năm gần đây. Mặc dù chiều rộng theo vĩ độ của nó vẫn tương đối ổn định, nhưng chiều dài theo kinh độ đã giảm từ 40 độ vào cuối thế kỷ 19 xuống còn 14 độ vào năm 2016, khi tàu vũ trụ Juno của NASA đến Sao Mộc để thực hiện một loạt quỹ đạo bay quanh hành tinh này.

"Nhiều người đã quan sát Vết Đỏ Lớn trong 200 năm qua và bị cuốn hút hệt như tôi," Caleb Keaveney, nghiên cứu sinh tiến sỹ tại Trường Cao học Nghệ thuật và Khoa học thuộc Đại học Yale và là tác giả chính của nghiên cứu mới trên tạp chí Icarus, cho biết.

"Nhiều người trong số họ không phải là nhà thiên văn học chuyên nghiệp - họ chỉ đơn giản là đam mê và tò mò. Điều đó, cùng với sự tò mò mà tôi thấy ở mọi người khi nói về công việc của mình, khiến tôi cảm thấy mình là một phần của điều gì đó lớn lao hơn bản thân mình."

Một phần sự tò mò liên quan đến Vết Đỏ Lớn xuất phát từ những bí ẩn xung quanh nó, mặc dù nó đã được nghiên cứu rộng rãi. Các nhà thiên văn học không biết chính xác khi nào vết đỏ này hình thành, tại sao nó hình thành, hoặc thậm chí tại sao nó lại có màu đỏ.

Đối với nghiên cứu này, Keaveney, thuộc Khoa Khoa học Trái đất và Hành tinh của Yale, cùng các đồng tác giả Gary Lackmann thuộc Đại học North Carolina và Timothy Dowling thuộc Đại học Louisville, đã tập trung vào ảnh hưởng của các cơn bão nhỏ, tạm thời đối với Vết Đỏ Lớn.

Các nhà nghiên cứu đã tiến hành một loạt mô phỏng 3D về vết đỏ này bằng cách sử dụng mô hình EPIC (Explicit Planetary Isentropic-Coordinate - Tọa độ Đẳng entropy Hành tinh Ngắn gọn), một mô hình khí quyển dành cho các ứng dụng hành tinh được phát triển bởi Dowling vào những năm 1990.

Một số mô phỏng tương tác giữa Vết Đỏ Lớn và các cơn bão nhỏ hơn với tần suất và cường độ khác nhau, trong khi một nhóm mô phỏng kiểm soát khác thì loại bỏ các cơn bão nhỏ.

So sánh các mô phỏng cho thấy sự hiện diện của các cơn bão khác đã củng cố Vết Đỏ Lớn, khiến nó phát triển lớn hơn.

"Thông qua các mô phỏng số, chúng tôi phát hiện ra rằng bằng cách cung cấp cho Vết Đỏ Lớn 'thức ăn' là các cơn bão nhỏ hơn, như đã được biết đến trên Sao Mộc, chúng tôi có thể điều chỉnh kích thước của nó," Keaveney nói.

Các nhà nghiên cứu dựa mô hình của họ trên các hệ thống áp suất cao tồn tại lâu dài được quan sát ngay trong khí quyển của Trái Đất. Những hệ thống này - được gọi là "vòm nhiệt" hoặc "khối khí" - thường xuyên xuất hiện trong các dòng tia oeste lưu thông trên các vĩ độ trung bình của Trái Đất và đóng vai trò quan trọng trong các hiện tượng thời tiết khắc nghiệt như nắng nóng và hạn hán. Tuổi thọ của những "khối khí" này có liên quan đến sự tương tác với các cơ chế thời tiết tạm thời và nhỏ hơn, trong đó có các xoáy áp cao và xoáy nghịch.

"Nghiên cứu của chúng tôi có những hàm ý hấp dẫn đối với các hiện tượng thời tiết trên Trái đất," Keaveney nói. "Sự tương tác với các hệ thống thời tiết lân cận đã được chứng minh là duy trì và khuếch đại các vòm nhiệt, điều này đã thúc đẩy giả thuyết của chúng tôi rằng các tương tác tương tự trên Sao Mộc có thể duy trì Vết Đỏ Lớn. Bằng cách xác nhận giả thuyết đó, chúng tôi cung cấp thêm hỗ trợ cho sự hiểu biết này về các vòm nhiệt trên Trái đất."

Keaveney cho biết các bước mô hình hóa trong tương lai sẽ cho phép các nhà nghiên cứu tinh chỉnh các phát hiện mới - và có thể làm sáng tỏ về sự hình thành ban đầu của Vết Đỏ Lớn./.