Med sitt bländande system av isiga ringar, Saturnus har varit föremål för fascination sedan urminnes tider. Även nu rymmer den sjätte planeten från solen många mysterier, dels för att dess avstånd bort gör direkt observation svårt och dels för att denna gasjätte (som är flera gånger så stor som vår planet) har en sammansättning och atmosfär, mestadels väte och helium, så olik jordens. Att lära sig mer om det kan ge några insikter om skapandet av själva solsystemet.

Ett av Saturnus mysterier involverar den massiva stormen i form av en hexagon vid dess nordpol. Den sexsidiga virveln är ett atmosfäriskt fenomen som har fascinerat planetforskare sedan dess upptäckt på 1980-talet av det amerikanska Voyager-programmet, och det efterföljande besöket 2006 av den amerikansk-europeiska Cassini-Huygens-missionen. Stormen är omkring 20, 000 miles i diameter och gränsas av band av vindar som blåser upp till 300 miles per timme. En orkan som den existerar inte på någon annan känd planet eller måne.

Två av de många forskare som blivit interplanetära stormjagare som arbetar för att avslöja hemligheterna bakom detta under är Jeremy Bloxham, Mallinckrodt professor i geofysik, och forskningsassistent Rakesh K. Yadav, som arbetar i Bloxhams labb på Harvards avdelning för jord- och planetvetenskap. I en nyligen publicerad tidning i PNAS , forskarna började linda sina huvuden kring hur virveln kom till.

"Vi ser stormar på jorden regelbundet och de är alltid i spiral, ibland cirkulär, men aldrig något med hexagonsegment eller polygoner med kanter, " sa Yadav. "Det är verkligen slående och helt oväntat. [Frågan om Saturnus är] hur bildades ett så stort system och hur kan ett så stort system förbli oförändrat på denna stora planet?"

Genom att skapa en 3D-simuleringsmodell av Saturnus atmosfär, Yadev och Bloxham tror att de närmar sig ett svar.

I deras tidning, forskarna säger att den onaturliga orkanen uppstår när atmosfäriska flöden djupt inne i Saturnus skapar stora och små virvlar (aka cykloner) som omger en större horisontell jetström som blåser österut nära planetens nordpol som också har ett antal stormar inom sig. De mindre stormarna samverkar med det större systemet och som ett resultat klämmer den östliga jetstrålen och begränsar den till toppen av planeten. Nypningsprocessen förvränger strömmen till en hexagon.

"Det här jetplanet går runt och runt planeten, och det måste samexistera med dessa lokala [mindre] stormar, sa Yadav, studiens huvudförfattare. Tänk på det så här:"Föreställ dig att vi har ett gummiband och vi lägger ett gäng mindre gummiband runt det och sedan klämmer vi bara ihop hela saken från utsidan. Den centrala ringen kommer att komprimeras några centimeter och bilda några konstig form med ett visst antal kanter. Det är i grunden fysiken bakom vad som händer. Vi har dessa mindre stormar och de nyper i princip de större stormarna vid polarområdet och eftersom de måste samexistera, de måste på något sätt hitta ett utrymme för att i princip hysa varje system. Genom att göra det, det slutar med att de gör den här månghörniga formen."

Modellen som forskarna skapade tyder på att stormen är tusentals kilometer djup, långt under Saturnus molntoppar. Simuleringen imiterar planetens yttre lager och täcker bara cirka 10 procent av dess radie. I ett månadslångt experiment körde forskarna, datorsimuleringen visade att ett fenomen som kallas djup termisk konvektion – som inträffar när värme överförs från en plats till en annan genom förflyttning av vätskor eller gaser – oväntat kan ge upphov till atmosfäriska flöden som skapar stora polära cykloner och en jet på hög latitud österut. mönster. När dessa blandas i toppen bildar det den oväntade formen, och eftersom stormarna bildas djupt inuti planeten, forskarna sa att det gör hexagonen rasande och ihållande.

Konvektion är samma kraft som orsakar tornados och orkaner på jorden. Det liknar att koka en kastrull med vatten:värmen från botten överförs till den kallare ytan, får toppen att bubbla. Detta är vad som tros orsaka många av stormarna på Saturnus, som, som en gasjätte, har inte en fast yta som jordens.

"Det hexagonala flödesmönstret på Saturnus är ett slående exempel på turbulent självorganisering, " skrev forskarna i junitidningen. "Vår modell producerar samtidigt och självständigt alternerande zonstrålar, polarcyklonen, och hexagonliknande polygonala strukturer liknande de som observerades på Saturnus."

Vad modellen inte producerade, dock, var en hexagon. Istället, formen som forskarna såg var en niosidig polygon som rörde sig snabbare än Saturnus storm. Fortfarande, formen fungerar som proof of concept för den övergripande avhandlingen om hur den majestätiska formen formas och varför den har varit relativt oförändrad i nästan 40 år.

Intresset för Saturnus hexagonstorm går tillbaka till 1988, när astronomen David A. Godfrey analyserade förbiflygningsdata från Voyager-rymdfarkostens Saturnuspass 1980 och 1981 och rapporterade upptäckten. Decennier senare, från 2004 till 2017, NASA:s rymdskepp Cassini fångade några av de tydligaste och mest kända bilderna av anomalien innan den störtade in på planeten.

Relativt lite är känt om stormen eftersom planeten tar 30 år att kretsa runt solen, lämnar endera polen i mörker för den tiden. Cassini, till exempel, tog bara termiska bilder av stormen när den först anlände 2004. Även när solen skiner på Saturnus norra pol, molnen är så tjocka att ljus inte tränger djupt in i planeten.

Oavsett, Det finns många hypoteser om hur stormen bildades. De flesta kretsar kring två tankeskolor:Den ena antyder att hexagonen är ytlig och bara sträcker sig hundratals kilometer djupt; den andra antyder att zonstrålarna är tusentals kilometer djupa.

Yadev och Bloxhams fynd bygger på den senare teorin, men behöver inkludera mer atmosfärisk data från Saturnus och ytterligare förfina sin modell för att skapa en mer exakt bild av vad som händer med stormen. Övergripande, duon hoppas att deras resultat kan hjälpa till att måla ett porträtt av aktiviteten på Saturnus i allmänhet.

"Från en vetenskaplig synvinkel, atmosfären är verkligen viktig för att avgöra hur snabbt en planet svalnar. Alla dessa saker du ser på ytan, de är i grunden manifestationer av att planeten svalnar och planeten svalnar säger oss mycket om vad som händer inuti planeten, "Sade Yadav. "Den vetenskapliga motivationen är i grunden att förstå hur Saturnus kom till och hur den utvecklas över tiden."