Ett rutmönster av områden med lågt (blått) och högt (rött) tryck som rör sig österut genom tiden, genereras av bara två av de ringande vibrationerna i den globala atmosfären (perioder =32,4 timmar och 9,4 timmar). Kredit:Sakazaki och Hamilton (2020)
En ringande klocka vibrerar samtidigt vid en låg grundton och vid många högre övertoner, producerar ett behagligt musikaliskt ljud. En nyligen genomförd studie, precis publicerat i Journal of the Atmospheric Sciences av forskare vid Kyoto University och University of Hawai'i i Mānoa, visar att hela jordens atmosfär vibrerar på ett analogt sätt, i en slående bekräftelse på teorier utvecklade av fysiker under de senaste två århundradena.
När det gäller atmosfären, "musiken" kommer inte som ett ljud vi kunde höra, men i form av storskaliga vågor av atmosfärstryck som spänner över jordklotet och som färdas runt ekvatorn, vissa rör sig från öst till väst och andra väst till öster. Var och en av dessa vågor är en resonansvibration av den globala atmosfären, analogt med en av en klockas resonanstoner. Den grundläggande förståelsen av dessa atmosfäriska resonanser började med nyskapande insikter i början av 1800-talet av en av historiens största vetenskapsmän, den franske fysikern och matematikern Pierre-Simon Laplace. Forskning av fysiker under de efterföljande två århundradena förfinade teorin och ledde till detaljerade förutsägelser om de vågfrekvenser som borde finnas i atmosfären. Dock, den faktiska upptäckten av sådana vågor i den verkliga världen har släpat efter teorin.
Nu i en ny studie av Takatoshi Sakazaki, en biträdande professor vid Kyoto University Graduate School of Science, och Kevin Hamilton, en emeritusprofessor vid institutionen för atmosfärsvetenskap och International Pacific Research Center vid University of Hawaii i Mānoa, författarna presenterar en detaljerad analys av observerat atmosfärstryck över jordklotet varje timme i 38 år. Resultaten avslöjade tydligt närvaron av dussintals av de förutsagda våglägena.
Studien fokuserade särskilt på vågor med perioder mellan 2 timmar och 33 timmar som vandrar horisontellt genom atmosfären, rör sig runt jorden med höga hastigheter (över 700 miles per timme). Detta skapar ett karakteristiskt "schackbräde"-mönster av högt och lågt tryck associerat med dessa vågor när de fortplantar sig (se figur).
Tryckmönster för 4 av lägena när de fortplantar sig runt om i världen. Kredit:Sakazaki och Hamilton (2020)
"För dessa snabbt rörliga våglägen, våra observerade frekvenser och globala mönster matchar de teoretiskt förutspådda mycket väl, ", sade huvudförfattaren Sakazaki. "Det är spännande att se Laplaces och andra banbrytande fysikers vision valideras så fullständigt efter två århundraden."
Men denna upptäckt betyder inte att deras arbete är klart.
"Vår identifiering av så många lägen i verkliga data visar att atmosfären verkligen ringer som en klocka, " kommenterade medförfattaren Hamilton. "Detta löser äntligen en långvarig och klassisk fråga inom atmosfärsvetenskap, men det öppnar också en ny forskningsväg för att förstå både processerna som exciterar vågorna och processerna som verkar för att dämpa vågorna."
Så låt den stämningsfulla musiken spela vidare!
