Opprinnelsen til de mystiske krusningene kalt gravitasjon bølger over Antarktis himmel har blitt oppdaget for første gang
Forskere oppdaget gravitasjon bølger over Antarktis himmelen i 2016. Tyngdekraftsbølger, tidligere ukjente, er karakteristiske for store krusninger som kontinuerlig sveiper gjennom øvre Antarktis atmosfære i 3-10 timers varighet. Disse bølgene er kjent for å forekomme hyppig og forplante seg over jordens atmosfære, og også at de har en tendens til å forsvinne etter varighet. Over Antarktis er imidlertid disse bølgene svært vedvarende, som sett i periodiske observasjoner av forskere. Disse ble kalt 'tyngdekraftsbølger' fordi de hovedsakelig ble dannet av jordens kraft gravitasjon og dens rotasjon og de strakte seg over 3000 kilometer i mesosfærelaget. Hovedlagene i jordens atmosfære er troposfæren, stratosfæren, mesosfæren og termosfæren, som er laget som er lengst oppe. På det tidspunktet i 2016 var forskerne fortsatt ikke i stand til å forstå opprinnelsen til disse bølgene. Det er imidlertid avgjørende å finne opprinnelsen til tyngdekraftsbølgene for å forstå sammenhengene mellom forskjellige lag i jordens atmosfære som deretter kan gi oss verdifull informasjon om hvordan luften sirkulerer rundt våre planet.
Spore opprinnelsen til gravitasjonsbølger
I en studie publisert i Journal of Geophysical Research, har den samme gruppen av forskere kombinert sine sanntidsobservasjoner med teoretisk informasjon og modeller for å generere ledetråder om gravitasjonsbølgene1. De foreslo to mulige forklaringer på den sannsynlige opprinnelsen (hvordan og hvor de ble dannet) til disse 'vedvarende' gravitasjonsbølgene. Det første påstanden er at disse bølgene enten stammer fra mindre bølger på lavere nivå i det atmosfæriske nivået under mesosfæren, dvs. stratosfæren (30 miles over jordens overflate). Vindene som strømmer nedover fjellene gir et dytt til disse gravitasjonsbølgene på lavere nivå, noe som gjør at de vokser seg større og bølgene til slutt beveger seg høyere opp i atmosfæren. Når tyngdekraftsbølger når slutten av stratosfæren, bryter de og blir opphisset som krusninger i et hav og genererer dermed større bølger med horisontal lengde på opptil 2000 kilometer (mens de mindre nedre bølgene står på 400 miles) og strekker seg enormt inn i mesosfæren. Denne spesielle formen for dannelse kan betegnes som "sekundær bølgegenerering". Forfattere observerte at sekundære bølger dannes mer vedvarende om vinteren enn andre tider og derfor antas å forekomme på middels til høye breddegrader på begge halvkuler. En alternativ annen mulighet foreslått av forskere er at gravitasjonsbølger stammer fra den virvlende polare virvelen. Denne virvelen er et lavtrykksområde som roterer og tar over Antarktis himmel om vinteren. Denne formen for vind og vær sirkulerer om vinteren rundt Sydpolen. Slike høyhastighets roterende vinder kan endre gravitasjonsbølger på lavt nivå når de beveger seg oppover i atmosfæren eller kan til og med generere sekundære bølger. Forfattere uttaler at et av forslagene deres om opprinnelsen til gravitasjonsbølger kan være nøyaktige og en konkret konklusjon kan fortsatt kreve ytterligere forskning.
Forsker i kalde Antarktis
For å forstå opprinnelsen ved å bruke den første proposisjonen, ble Vadas' teori om sekundære gravitasjonsbølger vurdert sammen med en høyoppløselig modell utviklet av forskere, og en teori ble deretter formulert. Forskere kjørte datamodeller, simuleringer og beregninger. De brukte også lidar-systeminstallasjonene – en laserbasert målemetode – som de overlevde i kraftig kald vind og minusgrader i Antarktis. US Antarctic Program og Antarctica New Zealand-programmet finansierte dem for en periode på åtte år i Antarktis. Lidar-systemet er veldig kraftig og robust og har evnen til å bestemme temperatur og tetthet på tvers av ulike regioner i atmosfæren. Den kan med hell registrere forstyrrelser forårsaket av gravitasjonsbølger. Teknikken er svært nyttig for å registrere de områdene i atmosfæren som er vanskeligst å observere ellers. Studie av atmosfæriske bølger på Sydpolen er viktig for å improvisere klimatiske og værrelaterte modeller som kan brukes til både sanntidsregistrering og forskningsformål. Selv energien og momentumet til gravitasjonsbølgene kan måles med kraftige lidarsystemer.
Denne studien antyder at tyngdekraftsbølger påvirker global luftsirkulasjon i atmosfæren som deretter påvirker temperaturer og bevegelse av kjemikalier som påvirker klimaendringene. De nåværende tilgjengelige klimamodellene tar ikke fullstendig hensyn til energien til disse bølgene. Det er viktig å lære mer om stratosfæren for å forstå effektene på ozonlaget som hovedsakelig finnes i den nedre delen av stratosfæren. En klar forståelse av gravitasjonsbølger, spesielt hvordan sekundærbølgene genereres, kan hjelpe oss med å forbedre dagens beregningssimuleringsmodeller. Forfattere anerkjenner andre tilgjengelige parallelle teorier2 fra 2016 som antyder at vibrasjoner av Ross Ice Shelf i Antarktis som er forårsaket av havbølger kan være ansvarlige for å skape disse atmosfæriske krusningene og bølgene. Den nåværende studien har bidratt til å danne et klart bilde av global atmosfærisk oppførsel, selv om mange mysterier fortsatt må løses. En kombinasjon av observasjoner og datamodellering kan bidra til å avdekke mange flere hemmeligheter rundt dette univers.
***
{Du kan lese den originale forskningsoppgaven ved å klikke på DOI-lenken nedenfor i listen over siterte kilder}
Source (s)
1. Xinzhao C et al. 2018. Lidar-observasjoner av stratosfæriske gravitasjonsbølger fra 2011 til 2015 ved McMurdo (77.84 °S, 166.69 °E), Antarktis: Del II. Potensielle energitettheter, lognormalfordelinger og sesongvariasjoner. Journal of Geophysics Research. https://doi.org/10.1029/2017JD027386
2. Oleg A et al. 2016. Resonansvibrasjoner av Ross Ice Shelf og observasjoner av vedvarende atmosfæriske bølger. Journal of Geophysical Research: Space Physics.
https://doi.org/10.1002/2016JA023226
***
