Wielka Biała Plama na Saturnie: burze, przyczyny i obserwacje Cassini
Wielka Biała Plama na Saturnie — fascynujące burze, przyczyny (lód amoniakalny), odkrycia Cassini: zmiany chemii, spadek temperatury i potężne erupcje.
Wielka Biała Plama, znana również jako Wielki Biały Owal na Saturnie, to potężna burza atmosferyczna — na tyle rozległa, że bywa widoczna przez teleskop z Ziemi. Jej jasny, biały wygląd wynika z rozległych chmur lodowych o dużej wysokości. Nazwa nawiązuje do Wielkiej Czerwonej Plamy Jowisza, choć zjawiska te różnią się budową i czasem trwania. Plamy mogą osiągać szerokość kilku tysięcy kilometrów i — w przypadku najsilniejszych erupcji — potrafią obiegać znaczną część planety.
Czym są i jak powstają?
Wielkie Białe Plamy to gwałtowne, konwekcyjne burze, które powstają, gdy cieplejsze gazy z wnętrza planety wznoszą się ku górze i wypychają na powierzchnię wielkie ilości lodu amoniakalnego oraz innych składników tworzących jasne chmury. Kondensacja i krystalizacja tych związków powoduje powstawanie odblaskowych, białych pasm. Proces napędzany jest uwalnianiem ciepła utajonego przy kondensacji oraz ruchem pionowym w głębszych warstwach atmosfery.
Przyczyny i mechanizmy
- Konwekcja głębokich warstw: Gwałtowne prądy wstępujące transportują cieplejsze, bogate w lotne związki masy ku górze, gdzie następuje kondensacja amoniaku i tworzenie jasnych chmur.
- Sezonowość: Historyczne obserwacje sugerują, że ogromne, planetarne burze pojawiają się w przybliżeniu raz na jedno okrążenie Saturna wokół Słońca (ok. 29,5 roku ziemskiego), co łączy je z warunkami sezonowymi w atmosferze.
- Zmiany składu i chemii: Intensywne mieszanie atmosferyczne może prowadzić do przemian chemicznych — obserwowano m.in. utratę acetylenu oraz lokalny wzrost stężenia związków zawierających fosfor.
Obserwacje sondy Cassini
Orbiter Cassini śledził i badał wielką burzę, która rozpoczęła się w grudniu 2010 roku i rozwinęła się w 2011 roku (tzw. burza 2010–2011). Dzięki zestawowi instrumentów Cassini poznaliśmy wiele szczegółów tych zjawisk:
- Obrazy wysokiej rozdzielczości (kamera ISS): dokumentowały rozwój białego pasma, jego rozszerzanie się wzdłuż szerokości geograficznych i zmiany morfologii chmur.
- Spektrometry (VIMS, CIRS): rejestrowały zmiany składu chemicznego i anomalie temperaturowe — zaobserwowano m.in. utratę acetylenu w obrębie chmur oraz nietypowe zmiany temperatury w centrum burzy.
- RPWS — emisje radiowe: wzrost liczby zakłóceń radiowych (Saturn Electrostatic Discharges, SED) i ogólne powiązanie z zaburzeniami plazmowymi w magnetosferze wskazywały na silną aktywność elektryczną (pioruny) towarzyszącą burzy.
Cechy szczególne i skutki
- Burze potrafią tworzyć rozległe, często nieregularne owalne struktury i pozostawiać po sobie długotrwałe zmiany w atmosferze (np. wiry czy ciemne pasma w tzw. „opuszce” po burzy).
- Obserwowano zmiany temperatury: na poziomie wierzchołków chmur mogą występować ochłodzenia, natomiast w wyższych warstwach (stratosferze) pojawiały się lokalne anomalie temperaturowe — tzw. „beacony” — wynikające z pionowego transportu ciepła i fal atmosferycznych.
- Chemia: zwiększone mieszanie pionowe powoduje, że do wyższych warstw trafiają związki z głębszych rejonów atmosfery (np. związki fosforu), a jednocześnie niektóre hydrokarbony, jak acetylenu, mogą ulegać lokalnemu spadkowi koncentracji.
Okresowość i historia obserwacji
Wielkie Białe Plamy były obserwowane od XIX wieku i występują nieregularnie, lecz związane z sezonowymi zmianami na Saturnie. Do znanych epizodów należą wydarzenia z lat 1876, 1903, 1933, 1960, 1990 oraz 2010–2011. W przeciwieństwie do stabilnej Wielkiej Czerwonej Plamy Jowisza, plamy na Saturnie są zjawiskami episodicznymi — mogą powstać gwałtownie, rozprzestrzenić się na dużą skalę, a następnie stopniowo wygasać.
Dlaczego to ważne?
Badanie Wielkich Białych Plam pozwala lepiej zrozumieć dynamikę atmosfery olbrzymich planet, mechanizmy konwekcji głębokiej, reakcje chemiczne w warstwach atmosferycznych oraz interakcje między pogodą a magnetosferą (emisje radiowe i zjawiska plazmowe). Dane z Cassiniego dostarczyły bezprecedensowego wglądu w te procesy, co pomaga także w interpretowaniu obserwacji z Ziemi i porównywaniu atmosfer Jowisza i Saturna.
Wielka Biała Plama Saturna.
Występowanie
Plamy pojawiają się co 28,5 roku ziemskiego. Jest to okres przesilenia, kiedy północna półkula Saturna jest najbardziej nachylona w kierunku Słońca. Poniżej znajduje się lista zarejestrowanych obserwacji; lata z plamami, które są częścią cyklu to 1876, 1903, 1933, 1960 i 1990.
- 1876 - Zauważona przez Asafa Halla. Wykorzystał on białe plamy do obliczenia okresu obrotu planety.
- 1903 - Widziany przez Edwarda Barnarda.
- 1933 - Widzi Will Hay, aktor komediowy i astronom amator.
- 1960 - Widziany przez J.H. Bothama (RPA).
- 1990 - Widziane przez Stuarta Wilbera, od 24 września do listopada.
- 1994 - Widziane z Ziemi i Kosmicznego Teleskopu Hubble'a.
- 2006 - Obserwowany przez Erick Bondoux i Jean-Luc Dauvergne.
- 2010 - Po raz pierwszy zaobserwowana przez Anthony'ego Wesleya.
Dlaczego nie było żadnych plam zarejestrowanych przed 1876 jest tajemnicą. Przypomina to przerwę w obserwacjach Wielkiej Czerwonej Plamy w XVIII i na początku XIX wieku. Wielka Biała Plama z 1876 roku była bardzo duża i mogła być widziana nawet przez małe teleskopy. Czy wcześniejsze zapisy były po prostu słabe, czy też GWS z 1876 roku była naprawdę pierwsza w erze teleskopów? Niektórzy uważają, że żaden z tych scenariuszy nie jest prawdopodobny.
Mark Kidger opisał trzy ważne wzorce Wielkiej Białej Plamy:
- Wielkie Białe Plamy występują naprzemiennie w różnych szerokościach geograficznych. Jedna z nich będzie widoczna w północnej strefie umiarkowanej (NTZ) lub wyżej, a następna tylko w strefie równikowej (EZ). Na przykład, Wielka Biała Plama z 1960 roku była w NTZ, a w 1990 roku w EZ.
- Wielkie Białe Plamy NTZ występują w krótszych odstępach czasu niż Wielkie Białe Plamy EZ (co 27 lat w porównaniu z co 30 lat).
- Wielkie Białe Plamy NTZ są znacznie trudniejsze do zauważenia niż plamy EZ.
Kidger przewiduje, że kolejna Wielka Biała Plama pojawi się w NTZ w 2016 roku i będzie prawdopodobnie mniej spektakularna niż Wielka Biała Plama z 1990 roku.
Charakterystyka
Klasyczna" Wielka Biała Plama jest spektakularnym wydarzeniem. Bardzo jasne białe burze rozświetlają zwykle nudną atmosferę Saturna. Wszystkie największe z nich miały miejsce na północnej półkuli planety. Zazwyczaj zaczynają się jako oddzielne "plamy", ale potem szybko powiększają się w długości geograficznej, jak to miało miejsce w przypadku Wielkiej Białej Plamy z 1933 i 1990 roku. W 1990 roku Wielka Biała Plama powiększyła się i okrążyła całą planetę...
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest dzięcioł białoszyi?
O: Wielka Biała Plama to burza na Saturnie, która jest na tyle duża, że można ją zobaczyć przez teleskop z Ziemi.
P: Dlaczego nazywana jest Wielką Białą Plamą?
O: Nazywana jest Wielką Białą Plamą, ponieważ plamy wydają się być białe, a nazwa pochodzi od Wielkiej Czerwonej Plamy na Jowiszu.
P: Jak szerokie mogą być plamy?
O: Plamy mogą mieć szerokość kilku tysięcy kilometrów.
P: Czym jest północne zaburzenie elektrostatyczne?
O: Północne zaburzenie elektrostatyczne to duże pasmo białych chmur, które pokrywa Saturna od 2010 roku i powoduje wzrost zakłóceń radiowych i plazmowych.
P: Co śledzi orbiter Cassini?
O: Orbiter Cassini śledzi północne zaburzenie elektrostatyczne.
P: Co ujawniły informacje Cassini na temat białych chmur?
O: Informacje Cassini pokazują utratę acetylenu w białych chmurach, wzrost fosfiny i niezwykły spadek temperatury w centrum burzy.
P: Z czego według naukowców zbudowane są białe plamy?
O: Naukowcy uważają, że białe plamy powstają z lodu amoniakalnego wypychanego przez cieplejszy gaz przez wierzchołki chmur planety.
Przeszukaj encyklopedię