Kredit gambar: NASA / JPL
Jika University of California, Berkeley, penglihatan fisikawan tentang Jupiter benar, planet raksasa itu akan mengalami perubahan suhu global selama dekade berikutnya karena sebagian besar vortisitas besarnya menghilang.
Tetapi penggemar Great Red Spot bisa tenang. Philip Marcus, seorang profesor di Departemen Teknik Mesin UC Berkeley, yang paling terkenal dari vortisitas Jupiter - yang sering dibandingkan dengan angin topan Bumi - akan tetap tinggal, terutama karena lokasinya di dekat khatulistiwa planet.
Menggunakan pusaran air dan pusaran untuk perbandingan, Marcus mendasarkan ramalannya pada kepala sekolah yang belajar dalam dinamika fluida tingkat junior dan pada pengamatan bahwa banyak pusaran Jupiter benar-benar menghilang ke udara tipis.
"Saya memperkirakan bahwa karena hilangnya pusaran air atmosfer ini, suhu rata-rata di Jupiter akan berubah hingga 10 derajat Celcius, semakin hangat di dekat khatulistiwa dan lebih dingin di kutub," kata Marcus. “Pergeseran suhu global ini akan menyebabkan aliran jet menjadi tidak stabil dan karenanya memunculkan vortisitas baru. Ini adalah peristiwa yang bahkan dapat disaksikan oleh para astronom halaman belakang. "
Menurut Marcus, perubahan yang segera terjadi menandakan akhir dari siklus iklim 70 tahun Jupiter saat ini. Prediksi mengejutkannya diterbitkan dalam jurnal Nature edisi 22 April.
Atmosfer badai Jupiter memiliki selusin aliran jet yang bergerak ke arah timur dan barat secara bergantian, dan yang dapat clock speed lebih dari 330 mil per jam. Seperti di Bumi, vortisitas di Yupiter yang berputar searah jarum jam di belahan bumi utara dianggap sebagai antiklon, sedangkan yang berputar berlawanan arah jarum jam adalah siklon. Yang sebaliknya adalah benar di belahan bumi selatan, di mana vortisitas searah jarum jam adalah siklon dan pemintal berlawanan adalah anticyclone.
Bintik Merah Besar, yang terletak di belahan bumi selatan, memegang gelar sebagai anticyclone terbesar di Jupiter; membentang selebar 12.500 mil, itu cukup besar untuk menelan Bumi dua hingga tiga kali lipat.
Berbeda dengan badai siklon di Jupiter, badai dan badai Bumi dikaitkan dengan sistem tekanan rendah dan menghilang setelah berhari-hari atau berminggu-minggu. Great Red Spot, sebagai perbandingan, adalah sistem tekanan tinggi yang telah stabil selama lebih dari 300 tahun, dan tidak menunjukkan tanda-tanda melambat.
Sekitar 20 tahun yang lalu, Marcus mengembangkan model komputer yang menunjukkan bagaimana Bintik Merah Besar muncul dan bertahan dalam pergolakan kacau atmosfer Jupiter. Usahanya untuk menjelaskan dinamika yang mengaturnya dan vortisitas lainnya di Yupiter mengarah ke proyeksi saat ini tentang perubahan iklim yang akan terjadi di planet ini.
Dia mengatakan siklus 70 tahun saat ini dimulai dengan pembentukan tiga anticyclones yang berbeda - White Ovals - yang berkembang di selatan Great Red Spot pada tahun 1939. "Kelahiran White Ovals terlihat melalui teleskop di Bumi," katanya. "Saya yakin kami akan menerima perlakuan serupa dalam 10 tahun mendatang."
Marcus mengatakan tahap pertama dari siklus iklim melibatkan pembentukan jalan-jalan pusaran yang mengangkangi aliran jet ke arah barat. Anticyclone terbentuk di satu sisi jalan, sementara topan terbentuk di sisi lain, tanpa ada dua vortisitas yang berputar dalam arah yang sama yang berbatasan langsung satu sama lain.
Sebagian besar vortisitas perlahan membusuk dengan turbulensi. Pada tahap kedua dari siklus, beberapa vortisitas menjadi cukup lemah untuk terperangkap dalam palung sesekali, atau gelombang Rossby, yang terbentuk dalam aliran jet. Beberapa vortisitas bisa terperangkap dalam bak yang sama. Ketika mereka melakukannya, mereka melakukan perjalanan bersama, dan turbulensi dapat dengan mudah membuat mereka bergabung. Ketika vortisitas lemah, trapping dan penggabungan berlanjut sampai hanya satu pasangan yang tersisa di setiap jalan vortex.
Penghilangan dua White Ovals yang tercatat, satu di tahun 1997 atau 1998 dan yang kedua di tahun 2000, mencontohkan penggabungan vortisitas di tahap dua, dan dengan demikian, menandakan "awal dari akhir" dari siklus iklim Jupiter saat ini, kata Marcus.
Mengapa penggabungan vortisitas mempengaruhi suhu global? Marcus mengatakan suhu Jupiter yang relatif seragam - di mana suhu di kutub hampir sama dengan di khatulistiwa - disebabkan oleh percampuran panas dan aliran udara yang kacau dari pusaran.
"Jika Anda melumpuhkan seluruh barisan vortisitas, Anda menghentikan semua percampuran panas pada garis lintang itu," kata Marcus. "Ini menciptakan dinding besar dan mencegah pengangkutan panas dari ekuator ke kutub."
Setelah vortisitas yang cukup hilang, atmosfer planet akan menghangat di ekuator dan mendingin di kutub hingga 10 derajat Celcius di setiap wilayah, yang merupakan tahap ketiga dari siklus iklim.
Perubahan suhu ini mengganggu aliran jet, yang akan bereaksi dengan menjadi bergelombang. Ombaknya menanjak dan pecah, seperti yang terjadi di pantai, tetapi kemudian bergulung menjadi vortisitas besar baru di tahap keempat siklus. Pada tahap kelima dan terakhir dari siklus iklim, vortisitas baru berkurang ukurannya, dan mereka menetap di jalan-jalan pusaran untuk memulai siklus baru.
Melemahnya vortisitas disebabkan oleh turbulensi dan terjadi secara bertahap seiring waktu. Diperlukan sekitar setengah abad bagi vortisitas yang baru terbentuk untuk secara bertahap menyusut cukup untuk terperangkap dalam palung aliran jet, kata Marcus.
Untungnya, kedekatan Bintik Merah Besar dengan garis khatulistiwa menyelamatkannya dari kehancuran. Tidak seperti vortisitas Yupiter lainnya, Bintik Merah Besar bertahan dengan “memakan” anticyclone tetangganya, kata Marcus.
Marcus mencatat bahwa teorinya tentang siklus iklim Jupiter bergantung pada keberadaan jumlah siklon dan antiklon yang kira-kira sama di planet ini.
Karena tanda-tanda vortisitas adalah awan yang mereka ciptakan, mudah untuk kehilangan keberadaan siklon yang berumur panjang, kata Marcus. Dia menjelaskan bahwa tidak seperti tempat anticyclone yang berbeda, siklon menciptakan pola awan filamen yang kurang jelas.
"Pada permukaannya, mudah untuk berpikir bahwa Jupiter didominasi oleh antiklon karena awan berputar mereka muncul dengan jelas sebagai mata banteng," kata Marcus.
Dalam makalah di Nature, Marcus menyajikan simulasi komputer yang menunjukkan bahwa pusat hangat dan perimeter siklon yang lebih dingin menciptakan penampilan awan filamen. Sebaliknya, anti-siklon memiliki pusat dingin dan batas yang lebih hangat. Kristal-kristal es yang terbentuk di pusat anticyclone membengkak dan bergerak ke sisi-sisi di mana es itu mencair, menciptakan pusaran yang lebih gelap di sekitar pusat berwarna yang lebih terang.
Marcus mendekati studi tentang atmosfer planet dari sudut pandang yang tidak konvensional dari seorang dinamisis yang cair. “Saya mendasarkan prediksi saya pada hukum dinamika vortex yang relatif sederhana alih-alih menggunakan jumlah data yang banyak atau model atmosfer yang kompleks,” kata Marcus.
Marcus mengatakan pelajaran dari iklim Jupiter adalah bahwa gangguan kecil dapat menyebabkan perubahan global. Namun, ia memperingatkan agar tidak menerapkan model yang sama pada iklim Bumi, yang dipengaruhi oleh banyak faktor berbeda, baik yang alami maupun buatan manusia.
"Tetap saja, penting untuk memiliki 'laboratorium' yang berbeda untuk iklim," kata Marcus. "Mempelajari dunia lain membantu kita lebih memahami dunia kita, bahkan jika mereka tidak secara analog."
Penelitian Marcus didukung oleh hibah dari Program Origins NASA, National Science Foundation Astronomi dan Program Fisika Plasma dan Laboratorium Nasional Los Alamos.
Sumber Asli: Rilis Berita UC Berkeley
