13.5.2. Южная приполярная зона
Южный полюс преподносит нам сюрпризов не меньше, чем Северный. Там тоже есть полярный вихрь, «прикрепленный намертво» к полюсу. Интересный, не очень понятный и непохожий на северный.
При исследовании температурного режима Сатурна обнаружено, что темные пятна (и полосы) соответствуют сравнительно высокой температуре, а большие светлые области – более низкой. В отличие от Сатурна, на Юпитере светлые полосы считают восходящими потоками (т.е. теплыми), а темные полосы – нисходящими (холодными).
[more]Южная полярная область Сатурна выглядит (сравнительно) более светлой. В Северной полярной области замечена большая темная шапка. На юге она тоже присутствует, но явно меньшего размера. Однако темное пятно вблизи Южного полюса имеет самую интенсивную окраску, что говорит о его сравнительно высокой температуре. Вероятно, это зависит и от сезонных изменений, но неизвестно насколько. Судите по фотографии, представленной на рис. 13.21.
Рис. 13.21. Каков красавец!
http://www.midnightkite.com/PlanetPovray/planet-5-desktop.jpg
На рис. 13.22 показана Южная полярная зона (1) и полярный циклон (2).
Рис. 13.22. Циклон на Южном полюсе Сатурна,
1 – http://images.nature.web.ru/nature/2008/10/27/0001201554/southpole_cassini_big.jpg ,
2 – http://images.astronet.ru/pubd/2006/11/14/0001217758/polestorm_cassini.jpg
Размер вихря на Южном полюсе Сатурна составляет примерно одну треть размера гексагонального шторма на Северном полюсе, а именно 8 тысяч километров. Две фотографии (1), выполненные в инфракрасных лучах, показывают различные слои и плотности вихря (верхнее изображение дано в условных цветах). На втором изображении (2) представлен крупный план центра бури на юге Сатурна, простирающийся на 60 километров в глубину. Его так и называют – «Южный Глаз Сатурна».
На снимках в инфракрасном диапазоне плотные облака выглядят темными, так как они поглощают большую часть инфракрасного света, излучаемого более теплыми внутренними слоями, а относительно тонкие облака выглядят светлыми. Дымка из самых высоких облаков, которая хорошо видна около экватора Сатурна, исчезает около полюса, включая область странного - полярного вихря.
На рис. 13.23 детально показана картина «Южного Глаза».
Рис. 13.23. «Южный Глаз Сатурна»,
http://artefact-2007.blogspot.ru/2012/05/17.html
К рисунку, поскольку он довольно сложный, необходимо достаточно подробное описание. В статье Ф. Дергачева оно приводится непосредственно в подрисуночной подписи (электронный адрес статьи указан под рис. 13.23). Приведу его в сокращенном виде:
Изображения наносились на карту с использованием полярного стереографического проектирования. Широты – планетоцентрические.
А – ложно-цветное изображение в свете с длиной волны 727 нм, 750 нм и 889 нм, показанные как синий, зеленый, и красный цвета, соответственно… Нижние облака кажутся красными, а высокие тонкие облака кажутся синими или зелеными. Стены «Глаза» могут быть видимы в трех цветовых градациях и простираются вниз на высоту 80-mbar от поверхности.
От B к D – временнáя последовательность, показывающая тени (темные, имеющие форму полумесяца области внутри стен). Первая карта была принята 11 октября 2006г. в 19 часов 42 мин. Карты помечены по времени, начиная с первой. Белая стрелка показывает направление распространения солнечного света при съемке.
Собственно «Глаз» Южного полярного вихря Сатурна имеет две границы. Внутренняя граница эллипсовидная (большая ось =2400 км); внешняя круглая (диаметр = 4200 км).
На приведенной фотографии (рис. 13.23 А) видна многослойность строения атмосферы вокруг Южного полюса.
В этой же статье Ф. Дергачев перечисляет особенности Южного полярного вихря. Цитирую их в сокращении.
А) Эллиптичная форма внутренней стены «Глаза» выглядит замечательно неизменной в интервале наблюдений между 2004 и 2006 гг.Б) По оценкам длины теней определили, что - внешняя стена глаза урагана имеет высоту 40 ± 20 км, а внутренняя стена имеет высоту 70 ± 30 км, что соответствует примерно двукратному изменению давления от высоты в атмосфере Сатурна. Облака стены «Глаза», вероятно, простираются до тропопаузы, которая является уровнем ~100 mbar.
В) Угловой импульс в Южном полярном вихре Сатурна уменьшается к его центру. По наблюдениям, нет движения по направлению к полюсу или экватору.Г) Средняя зональная скорость ветра достигает максимума 150 ±20 м/с между широтами −86.5° и −89°. Скорость ветра … была 160 ±10 м/с на широте −87- °. Пиковая зональная скорость достигает 150 ± 20 м/с около внешней стены «Глаза».
Почти все маленькие облака вращаются против часовой стрелки. Самые большие особенности (два темных [синих] пятна в верхнем левом углу карты на рис. 5 [здесь – рис. 13.23]) вращаются быстрее всего.Примечание: Надо понимать, имеется в виду вращение того, что здесь названо «облаками», но вращение их не вокруг полюса, а «вокруг своего собственного центра. На анимациях видно ‒ вне центральной зоны они практически стоят и вокруг полюса не движутся. Кроме того, в зоне Северного главного вихря имеется прецедент: очень похожие образования, условия съемки которых и последующая анимация из этих снимков позволяют разглядеть их собственное вращение, противоположное направлению вращения основного вихря. А это уже облаками быть не может. Это – вихри.
Д) Тепловые данные. Газы около полюса примерно на 4K более теплые, чем окружающая среда. Наблюдения не охватывали непосредственно полюс. Теплое ядро в 2006 г. совместимо с теплым ядром 2005 г. и с теплым ядром, наблюдавшимся в 2007 г. Тепловая аномалия была такой же, какой она была обнаружена в 2003 г. Видимая структура «Глаза» существует, по крайней мере, с 2004 г., что указывает на стабильность движения циклона, также как на стабильность его теплого ядра.Далее Ф. Дергачевым приводится рис. 8 (здесь – рис. 13.24) с температурными картами на различных уровнях атмосферного давления (изображения, принятые «Кассини» 11 октября 2006 года). Они показывают горячую аномалию на полюсе той же самой силы, как и в 2005 году.
Рис. 13.24. Температурная карта на 100-mbar уровне (левая группа) и температурная карта на 200-mbar уровне (правая группа)
Температурная аномалия приблизительно на 1 K более сильна на уровне 100 mbar (левая группа), чем на 200 mbar (правая группа, обратите внимание на различный температурный масштаб). …100-mbar и 200-mbar карты показывают азимутальную асимметрию теплого ядра. Эта азимутальная асимметрия не имеет никакого очевидного соотношения с продолговатой формой внутреннего «Глаза» циклона или с маленькими облаками в пределах «Глаза».Таким образом, наблюдается теплая поверхностная особенность с циклонической (по часовой стрелке) относительной угловой скоростью. Подобно земному урагану, она имеет глаз, облака стены глаза, и многослойные конвективные облака вне глаза.
…Центр сатурнианского циклона расположен на оси вращения планеты, так что причина появления сплюснутой структуры (а она вращается со средней скоростью вращения планеты) остается неясной.
Граница южной приполярной зоны
Очень непростой вопрос. Мне, во всяком случае, нигде не встретилась фотография Южного полушария Сатурна с координатной сеткой (максимум – от полюса и до –70-й параллели). Фотография с координатной сеткой Южного полушария, приведенная на рис. 11.20, касалась только очень ограниченной зоны вокруг полюса. Она опубликована в статье Ф. Дергачева (http://artefact-2007.blogspot.ru/2012/05/17.html) и в некоторых работах других авторов.
Все хорошо, кроме двух моментов: 1 – изображение охватывает картину от полюса только до 75° ю.ш., 2 – кадров съемки в ультрафиолете, аналогичным приведенным в двух последних рисунках, мне найти не удалось. Это значит, что опять не получится заглянуть внутрь «Глаза».
Что касается Южного полюса Сатурна, то я нашла пару анимаций, в том числе и ту, в которой был приведенный на рис. 13.23 кадр. Мне удалось отыскать эту крохотную анимацию (4 сек.) следующим образом: Saturn’s whirling vortex (www.youtube.com). Из нее я использовала несколько кадров для оценки вращения отдельных структурных элементов Южного полярного вихря, что отражено на рис. 13.25 и 13.26.
Рис. 13.25. «Южный Глаз». Оценка вращения
Рис. 13.26. Углы поворота большой оси внутренней части «Глаза»
Даже на рис. 13.25 по изменению положения большой оси видно, что внутренняя часть «Глаза» вращается. Более четко угол поворота большой оси внутреннего эллипса заметен на рис. 13.26. Вращение происходит по часовой стрелке, угол поворота между положением 1 и 4 составляет около 40 °. А положение вихрей, обозначенных «.a» и «.b» за тот же период практически не изменилось (что показано белыми горизонтальными линиями, соединяющими их с другими конкретными деталями картинки).
Подобный анализ я провела и для трех покадровых изображений (рис. 13.27) с анимации https://www.youtube.com/watch?v=Z9iIw4OQNXc. Он касался как большой оси внутреннего эллипса, так и структурных объектов ближе к внешней границе темной зоны вихря. Для сравнения характера вращения последних были выбраны два вихря, обозначенных как «.d» и «.f».
Рис. 13.27. Анализ анимации,
https://www.youtube.com/watch?v=Z9iIw4OQNXc
Поскольку в данной зоне все структурные элементы вращаются вокруг центра (по часовой стрелке), было интересно проследить за углами поворота (а это значит и за скоростью вращения) этих элементов и провести их сравнительный качественный анализ. Итак: большая ось «Глаза» повернулась из положения 1 в положение 3 на 55°, «.d» ‒ на 18°, а «.f» ‒ на 23° (естественно, на точность измерений не претендую, принимайте во внимание просто порядок величины). По публикациям НАСА известно, что внутренняя часть вихря (собственно «Глаз») вращается со скоростью вращения планеты. А, как показано на рис. 13.27, скорость вращения внешних по отношению к эллипсу слоев вихря отличается: чем ближе к центру, тем скорость больше.
Но на всех приведенных рисунках мы видим ближайшую к Южному полюсу зону, чуть-чуть выходящую за пределы собственно «Глаза». Есть еще одна комбинированная фотография с нанесенными широтами вокруг Южного полюса, расширяющая картину уже до параллели ‒70° (рис. 13.28). Для сравнения очень удобно, что рядом в тех же координатах и в том же масштабе приведена фотография вокруг Северного полюса вместе с его гексагоном. Из публикаций известно, что размер вихря на Южном полюсе составляет 8000 километров, что соответствует примерно одной трети размера гексагонального вихря на Северном полюсе. Известно также, что гексагон вписывается в окружность, имеющую диаметр 12500 километров. Но для сравнения совершенно необходимо знать точные границы зон для измерения расстояний. Что имеется в виду в обоих случаях, абсолютно непонятно. Поэтому неясно, откуда берется соотношение 1:3 при сопоставлении южной и северной полярных зон.
Сравнивать корректно можно только при использовании достаточно точных критериев. В данном случае они у нас есть. Первый из них можно получить из фотографии обеих полярных зон в одинаковом масштабе и с широтными сетками, приведенной на рис. 13.28. Если сравнить только центральные части обоих вихрей, собственно «Глазá», для чего на упомянутом рисунке проведены пунктирные линии, то получается, что они… практически одинаковые. Второй критерий – широты авроральных кругов в период сатурнианского равноденствия. На севере он составляет 73,7°, на юге – 72,2°.
Рис. 13.28. Полярные зоны Сатурна,
.http://www.astronomy.com/news/2008/10/giant-cyclones-imaged-at-saturns-poles
Следующим критерием может стать скорость атмосферных ветров в зависимости от широты. На рис. 13.29 приведены уже использованные мною ранее изображения, но в несколько иной комбинации и развороте.
Рис. 13.29. Фотография Сатурна и зависимость атмосферных ветров от широты
Если рассматривать фотографию Сатурна, изображенную вверху на рис. 13.29, то видно, что полярные зоны имеют окраску синих оттенков. Но они очень уж отличаются по размерам. Здесь есть два варианта: либо это отличие постоянное, либо носит сезонный характер. И для того, чтобы понять, какой из вариантов выбрать, попробуем воспользоваться «косвенными уликами». Ради наглядности на рис. 13.29 я еще раз воспроизвела рис. 13.17, повернув его на 90°.
Напоминаю: серая кривая построена по данным «Вояджеров» (1980-1981 г.г., что довольно близко к равноденствию), а красная и фиолетовая – по данным «Кассини» (2004 г.), полученным с использованием инфракрасного и ультрафиолетового фильтров, соответственно. Особенно интересно следующее: от сороковых широт (+40° и ‒40°) в сторону экватора идет сильное увеличение скорости ветра с максимумом в экваториальных широтах. Некоторое несовпадение максимумов на серой, красной и фиолетовой кривых, кроме климатических причин, может объясняться еще и тем, что в зависимости от длины волны меняется степень прозрачности атмосферы, и данные касаются разных уровней доступной для съемки глубины. Максимальных значений (около 500 км/час) ветер достигает как раз вблизи экватора.
Область по обе стороны от экватора (от +40° до ‒40°) на фотографии вверху является самой светлой и, следовательно, наиболее холодной. Полюсы теплее! В центральном регионе наблюдается единый характер изменения ветра. Серая часть кривой в обоих полушариях от +40° до ‒40° повторяется, можно сказать, почти зеркально. Около полюсов находятся зоны с более теплой температурой (различный тон синего цвета), причем северная зона выглядит значительно больше южной. Но я бы не рискнула утверждать, что эта картина всегда строго одна и та же. Какую-то долю в тепловой баланс, особенно в верхних слоях атмосферы, могут вносить и сезонные изменения.
Обратите внимание еще вот на что: на 40-х широтах в обоих полушариях в довольно узком широтном интервале меняется направление ветра (на графике они показаны небольшими пунктирными прямоугольниками и обозначены буквами .E и .F). Над ними приведены фотографии с интересными аномалиями в атмосфере этих регионов. В Северном полушарии мы имеем зону .F – на фотографии виден слой, названный «белой лентой», а под ним темное овальное пятно, представляющее собой огромной силы долгоживущий циклон (подобно Большому Красному Пятну на Юпитере). С южной стороны – в зоне Е – картинка тоже очень интересная. Там хорошо просматривается Ураган Дракона, четкая фотография которого была приведена ранее на рис. 13.5 (2).
Если рассматривать зоны по обе стороны от 40-х широт в сторону полюсов, то на первый взгляд «гребенка» ветров кажется одинаковой. Различие заметно после 75-й широты, притом, весьма незначительное. Известно только, что вблизи Южного полюса скорость ветра достигает 150-160 км/час. И это больше, чем у Северного.
В общем, резюмируя всю изложенную выше информацию, объективно мы имеем следующее: центральная часть вихрей (собственно «Глаз») имеет близкий размер; северное кольцо авроры на 1,5° меньше, и, следовательно, ближе к полюсу, чем южное; напряженность магнитного поля в зоне Северного полюса на 17% больше, чем в зоне Южного, магнитный диполь сдвинут в сторону Северного полюса на 0,037 радиуса Сатурна, что составляет 2230 км. Налицо явная асимметрия, во всяком случае, по магнитному полю.
Если диполь смещен к северу, то понятно, что поле должно быть асимметрично, но тогда почему «центр магнитного диполя совпадает с центром планеты»? Планета – эксцентрик, ее центр тоже смещен к северу? Мне многократно встречалось утверждение, что магнитные полюсы Сатурна практически совпадают с географическими. Возьму на себя смелость с таким утверждением не согласиться. Думаю, что больше нужно доверять данным, полученным в результате исследования авроры и магнитной асимметрии. К данному вопросу мы еще вернемся в завершающем разделе главы.
(0)
