Занимательная физика в вопросах и ответах.
Сайт  Елькина Виктора.
   Заслуженный учитель РФ.   Учитель-методист. 
     Занимательная физика   А знаете ли Вы?    Физика в походе    Биофизика   Биографии   Астрономия  
 Физика  и  поэзия    Физика и медицина    Народная мудрость     Необычные  явления
Физика и техника    Бочка Паскаля   Радиотехника для всех    Занимательные опыты
   Ссылки     Форум   Шаровая  молния   Сообразилки   Оптика   Старинные задачи
Красное Пятно Юпитера — солитон Россби!

   Знаменитое Большое Красное Пятно Юпитера известно по крайней мере уже 300 лет.
Природа этого образования давно интересует специалистов. Последние наблюдения, проведенные с помощью американских космических станций «Викинг», позволили установить, что Пятно представляет собой гигантский атмосферный вихрь, дрейфующий по параллели планеты на широте 22° против ее глобального вращения.
Поперечный размер вихря 10—20 тыс. км, характерный период вращения вокруг собственной вертикальной оси — около недели, скорость дрейфа (на запад) порядка 3 м/с.
     В. И. Петвиашвили (Институт атомной энергии им. И. В. Курчатова) предложил модель, согласно которой Красное Пятно представляет собой антициклонический солитон Россби.
Солитон Россби — нерасплывающийся пакет волн Россби, тех самых, которые определяют структуру крупных вихрей в океане и атмосфере Земли3 и .аналогичны дрейфовым волнам в плазме.
     В атмосфере этот солитон выглядит как местное возвышение, вращающееся вокруг собственной оси, в котором избыток, гидростатического давления в центре уравновешивается силой Кориолиса. Солитон движется без изменения формы. Согласно модели Петвиашвили, такой солитон представляет собой антициклон, так. как циклон (т. е. лунка, вращающаяся в одном направлении с планетой) должен очень быстро расплываться; кроме того, он должен иметь вполне определенные размеры, зависящие от его высоты и динамических параметров Юпитера, а также перемещаться по параллели против глобального вращения планеты. Предполагается, что солитон  поддерживается  сдвиговыми атмосферными течениями— зональным ветром.

С. В. Антипов, М. В. Незлин, Ё. Н. Снежкин и А. С. Трубников (Институт атомной энергии им. И. В. Курчатова) на специально построенной установке провели экспериментальную проверку этой теории. Моделью атмосферы Юпитера в их опытах является тонкий (3—5 мм) слой воды, покрывавший поверхность параболического сосуда, который вращался вокруг вертикальной оси со скоростью 1,5— 2 об/с. Сосуд такой формы был выбран для того, чтобы можно было получить слой вращающейся жидкости постоянной толщины, а в качестве рабочей жидкости использовалась вода, по скольку она является простой средой с  достаточно низкой вязкостью (излишняя вязкость сильно  сократила бы время существования вихрей). В определенном участке вращающегося параболического слоя воды с помощью небольшого быстро крутящегося «диска накачки», включавшегося на короткое время, создавался антициклонический вихрь. Опыты показали, что после выключения «диска накачки» вихрь проявлял свойства, очень близкие к предсказываемым теорией свойствам солитона Россби: он имел примерно ожидаемые размеры, двигался по «широте» против вращения сосуда с приблизительно нужной скоростью и вращался вокруг собственной оси против вращения сосуда.
Вихрь не расплывался, т. е. имел характер уединенной волны — солитона; время его жизни было столь велико, что он успевал продрейфовать на расстояние порядка десяти собственных диаметров, чем принципиально отличался от классического (линейного) волнового пакета, который расплывается при перемещении всего на один собственный диаметр.


Это первые эксперименты, в которых создан солитон Россби. Обнаруженные в них свойства вихря Россби, легкость его создания, а также отсутствие циклонических солитонов Россби дают основания для поддержки теоретической модели Петвиашвили. Следует, однако, отметить, что хотя модель качественно согласуется с наблюдениями Юпитера, она имеет с ними значительные количественные расхождения: так, размер Пятна и, в особенности, скорость его дрейфа оказываются значительно меньшими, а характерная скорость собственного вращения — значительно большей, чем в теории. Но эти расхождения можно устранить, если модель Петвиашвили дополнить учетом волнового движения среды по вертикали солитона — Пятна.

Источник. Письма в ЖЭТФ, 1981, т. 33, вып. 7, с. 368—372; т. 34, вып. 2, с, 83—86.

назад

 

 Занимательная физика   А знаете ли Вы?    Физика в походе    Биофизика   Биографии   Астрономия  
 Физика  и  поэзия    Физика и медицина    Народная мудрость     Необычные  явления
Физика и техника    Бочка Паскаля   Радиотехника для всех    Занимательные опыты
   Ссылки     Форум   Шаровая  молния   Сообразилки   Оптика   Старинные задачи


Rambler's Top100

       

Hosted by uCoz