Oprindelsen af de mystiske krusninger kaldet tyngdekraften bølger over Antarktis himmel er blevet opdaget for første gang
Forskere opdaget tyngdekraften bølger over Antarktis himlen i 2016. Tyngdekraftsbølger, hidtil ukendt, er karakteristiske for store krusninger, der kontinuerligt fejer gennem den øvre antarktiske atmosfære i 3-10 timers varighed. Disse bølger er kendt for at forekomme hyppigt og forplante sig over Jordens atmosfære, og også at de har en tendens til at forsvinde efter varighed. Men over Antarktis er disse bølger meget vedvarende, som det ses i periodiske observationer fra videnskabsmænd. Disse blev kaldt 'tyngdekraftsbølger', fordi de hovedsageligt blev dannet af jordens kraft tyngdekraften og dens rotation og de strakte sig over 3000 kilometer i mesosfærelaget. De vigtigste lag i Jordens atmosfære er troposfæren, stratosfæren, mesosfæren og termosfæren, som er det lag, der er længst oppe. På det tidspunkt i 2016 var forskere stadig ude af stand til at forstå oprindelsen af disse bølger. Det er dog afgørende at pege på oprindelsen af tyngdekraftsbølger for at forstå forbindelserne mellem forskellige lag i Jordens atmosfære, som så kan give os værdifuld information om, hvordan luften cirkulerer omkring vores planet.
Sporing af oprindelsen af tyngdekraftsbølger
I en undersøgelse offentliggjort i Journal of Geophysical Research, har den samme gruppe forskere kombineret deres realtidsobservationer med teoretisk information og modeller for at generere spor om tyngdekraftsbølgerne1. De foreslog to mulige forklaringer på den sandsynlige oprindelse (hvordan og hvor de blev dannet) af disse 'vedvarende' tyngdekraftsbølger. Det første forslag er, at disse bølger enten stammer fra mindre bølger på lavere niveau i det atmosfæriske niveau under mesosfæren, dvs. stratosfæren (30 miles over Jordens overflade). Vindene, der strømmer ned ad bjergene, giver et skub til disse lavere tyngdekraftsbølger, hvilket får dem til at vokse sig større, og bølgerne til sidst bevæger sig højere op i atmosfæren. Når først tyngdekraftsbølger når slutningen af stratosfæren, brækker de og bliver ophidset som krusninger i et hav og genererer dermed større bølger med vandret længde på op til 2000 kilometer (mens de mindre lavere bølger står på 400 miles) og strækker sig enormt ind i mesosfæren. Denne særlige form for dannelse kan betegnes som 'sekundær bølgegenerering'. Forfattere observerede, at sekundære bølger dannes mere vedvarende om vinteren end andre gange og derfor formodes at forekomme på mellem til høje breddegrader i begge halvkugler. En alternativ anden mulighed foreslået af forskere er, at tyngdekraftsbølger stammer fra den hvirvlende polare hvirvel. Denne hvirvel er et lavtryksområde, som roterer og overtager Antarktis himmel om vinteren. Denne form for vind og vejr cirkulerer om vinteren omkring Sydpolen. Sådanne højhastigheds roterende vinde kan ændre tyngdekraftsbølger på lavt niveau, når de bevæger sig opad i atmosfæren eller kan endda generere sekundære bølger. Forfattere siger, at et af deres forslag om oprindelsen af tyngdekraftsbølger kunne være nøjagtige, og en konkret konklusion kunne stadig kræve yderligere forskning.
Forsker i kolde Antarktis
For at forstå oprindelsen ved hjælp af det første forslag blev Vadas' teori om sekundære tyngdekraftsbølger overvejet sammen med en højopløsningsmodel udviklet af forskere, og en teori blev derefter formuleret. Forskere kørte computermodeller, simuleringer og beregninger. De brugte også lidar-systeminstallationerne – en laserbaseret målemetode – som de overlevede i kraftig kold vind og minusgrader i Antarktis. US Antarctic Program og Antarctica New Zealand-programmet finansierede dem i en periode på otte år i Antarktis. Lidar-systemet er meget kraftfuldt og robust og har evnen til at bestemme temperatur og tæthed på tværs af forskellige områder af atmosfæren. Det kan med succes registrere forstyrrelser forårsaget af tyngdekraftsbølger. Teknikken er meget nyttig til at registrere de områder af atmosfæren, som er de sværeste at observere ellers. Undersøgelse af atmosfæriske bølger på Sydpolen er vigtigt for at improvisere klimatiske og vejrrelaterede modeller, som kan bruges til både realtidsregistrering og forskningsformål. Selv tyngdekraftsbølgernes energi og momentum kan måles med kraftfulde lidarsystemer.
Denne undersøgelse tyder på, at tyngdekraftsbølger påvirker den globale luftcirkulation i atmosfæren, som derefter påvirker temperaturer og bevægelse af kemikalier, der påvirker klimaændringer. De nuværende tilgængelige klimamodeller tager ikke fuldstændigt højde for disse bølgers energi. Det er vigtigt at lære mere om stratosfæren for at forstå virkningerne på ozonlaget, som hovedsageligt findes i den nedre del af stratosfæren. En klar forståelse af tyngdekraftsbølger, især hvordan de sekundære bølger bliver genereret, kan hjælpe os med at forbedre nuværende beregningssimuleringsmodeller. Forfattere anerkender andre tilgængelige parallelle teorier2 fra 2016, hvilket tyder på, at vibrationer af Ross Ice Shelf i Antarktis, som er forårsaget af havbølger, måske er ansvarlige for at skabe disse atmosfæriske krusninger og bølger. Den nuværende undersøgelse har bidraget til at danne et klart billede af global atmosfærisk adfærd, selvom mange mysterier stadig mangler at blive behandlet. En kombination af observationer og computermodellering kan hjælpe med at opklare mange flere hemmeligheder om dette univers.
***
Kilde (r)
1. Xinzhao C et al. 2018. Lidar-observationer af stratosfæriske gravitationsbølger fra 2011 til 2015 ved McMurdo (77.84 °S, 166.69 °E), Antarktis: Del II. Potentielle energitætheder, log normalfordelinger og sæsonbestemte variationer. Journal of Geophysics Research. https://doi.org/10.1029/2017JD027386
2. Oleg A et al. 2016. Resonansvibrationer af Ross-ishylden og observationer af vedvarende atmosfæriske bølger. Journal of Geophysical Research: Space Physics.
https://doi.org/10.1002/2016JA023226
***
