Один из самых геометрически ясных феноменов Солнечной системы — странный «островок стабильности» на штормовом Северном полюсе Сатурна, имеющий четкую форму шестиугольника. Ученым удалось воссоздать эту структуру в лаборатории, а значит, разгадка этого явления близка.

На фотографиях Сатурн выглядит несколько полосатым: в его плотной атмосфере дуют постоянные ветры, направленные с востока на запад. Большинство из них образуют замкнутые округлые кольца, охватывающие всю огромную планету, но в 1988 г. вокруг Северного полюса был зафиксирован поток, который образует огромный шестигранник (каждая из граней его имеет примерно те же размеры, что и вся наша планета целиком).

Поначалу ученые решили, что образуется он из-за мощной штормовой воронки, которая расположена близ одного из углов этого шестиугольника и могла изменять направление одной из «ветровых полос», как большой камень, лежащий в мелкой и быстрой реке, меняет ее течение. Но повторная съемка, проведенная в 2006 г., показала, что шторм уже утих, а шестигранник — остался. Мы писали об этой загадке в заметке «Сота на Сатурне».

Некоторые ученые вместо того, чтобы снова и снова анализировать данные, собранные с Сатурна, решили пойти другим путем и, моделируя течения и ветры в лаборатории, посмотреть, удастся ли получить подобную четкую геометрическую структуру. Так действовала и группа оксфордских физиков во главе с Питером Ридом (Peter Read).

Они взяли 30-литровый стеклянный цилиндр, заполненный водой, и поместили его на медленно вращающийся столик. Вода в данном случае моделировала плотную атмосферу Сатурна, вовлекаемую во вращение самой планеты. Затем внутрь цилиндра они поместили небольшое тонкое кольцо, которое заставили вращаться быстрее, чем сам цилиндр. Это создало небольшой вихревой поток, а чтобы сделать его легко видимым, ученые использовали зеленый краситель.

Затем они наблюдали следующее. Чем быстрее вращалось кольцо относительно цилиндра — тем менее идеальным кругом был окрашенный вихревой поток. На его границах образовывались небольшие завихрения, которые по мере ускорения вращения становились все крупнее и мощнее. Их влияние в конце концов полностью нарушало кольцеобразную форму потока, делая его многоугольником. Варьируя скорость вращения кольца, ученые сумели получать потоки разной формы.

«Можно получить овалы, треугольники, квадраты, практически все, что пожелаете», — поясняет профессор Рид. Упрощенно говоря, зависимость такая: чем больше разница в скоростях вращения цилиндра и кольца, тем меньше углов у фигуры, которую вы увидите. Как замечают ученые, подобные многоугольные образования можно иногда наблюдать и в центрах крупнейших ураганов на Земле, хотя у нас они существуют очень непродолжительное время.

По мнению авторов работы, это все объясняет: атмосферные потоки вокруг Северного полюса Сатурна движутся быстрее, чем вращается сама планета, и именно с такой скоростью, которая приводит к образованию шестиугольника. С другой стороны, остается неясным, что за сила создает этот вихревой поток и заставляет его вращаться быстрее остальных — не мега же ученые, которые решили поставить эксперимент на целой планете, как ставим мы его в 30-литровом цилиндре…

По публикации ScienceNOW