Ursprunget till de mystiska krusningarna kallas tyngdkraften vågor ovanför Antarktis himmel har upptäckts för första gången
Forskare upptäckt tyngdkraften vågor ovanför Antarktis himlen år 2016. Tyngdkraftsvågor, tidigare okända, är karakteristiska för stora krusningar som kontinuerligt sveper genom övre Antarktis atmosfär under 3-10 timmars varaktighet. Dessa vågor är kända för att förekomma ofta sprider sig över jordens atmosfär och också att de tenderar att försvinna efter varaktigheter. Men ovanför Antarktis är dessa vågor mycket ihållande, vilket ses i periodiska observationer av forskare. Dessa kallades "gravitationsvågor" eftersom de huvudsakligen bildades av jordens kraft tyngdkraften och dess rotation och de sträckte sig över 3000 kilometer i mesosfärskiktet. De viktigaste lagren av jordens atmosfär är troposfären, stratosfären, mesosfären och termosfären, vilket är det lager som är längst upp. Vid den tidpunkten 2016 kunde forskarna fortfarande inte förstå ursprunget till dessa vågor. Det är dock viktigt att peka ut tyngdkraftsvågornas ursprung för att förstå sambanden mellan olika lager i jordens atmosfär som sedan kan ge oss värdefull information om hur luften cirkulerar runt vår planet.
Spåra uppkomsten av gravitationsvågor
I en studie som publiceras i Journal of Geophysical Research, har samma grupp forskare kombinerat sina observationer i realtid med teoretisk information och modeller för att generera ledtrådar om gravitationsvågorna1. De föreslog två möjliga förklaringar till det troliga ursprunget (hur och var de bildades) för dessa "ihållande" gravitationsvågor. Det första förslaget är att dessa vågor antingen härstammar från mindre vågor på lägre nivå i atmosfärsnivån under mesosfären, dvs stratosfären (30 miles över jordens yta). Vindarna som flyter nerför bergen ger en push till dessa gravitationsvågor på lägre nivå, vilket gör att de växer sig större och vågorna rör sig så småningom upp högre upp i atmosfären. När gravitationsvågor når slutet av stratosfären bryter de och blir upphetsade som krusningar i ett hav och genererar därmed större vågor med en horisontell längd på upp till 2000 kilometer (medan de mindre lägre vågorna står på 400 miles) och sträcker sig enormt in i mesosfären. Detta speciella sätt att bildas kan betecknas som "sekundär våggenerering". Författare observerade att sekundära vågor bildas mer ihållande på vintern än vid andra tider och därför antas inträffa på medelhöga till höga breddgrader på båda halvkloten. En alternativ andra möjlighet som föreslås av forskare är att gravitationsvågor härrör från den virvlande polära virveln. Denna virvel är ett lågtrycksområde som roterar och tar över Antarktis himmel under vintern. Denna form av vind och väder cirkulerar på vintern runt Sydpolen. Sådana höghastighetsroterande vindar kan förändra gravitationsvågor på låg nivå när de rör sig uppåt i atmosfären eller kan till och med generera sekundära vågor. Författare säger att endera av deras förslag om gravitationsvågornas ursprung kan vara korrekta och en konkret slutsats kan fortfarande kräva ytterligare forskning.
Forskar i kalla Antarktis
För att förstå ursprunget med den första propositionen övervägdes Vadas teori om sekundära gravitationsvågor tillsammans med en högupplöst modell utvecklad av forskare och en teori formulerades sedan. Forskare körde datormodeller, simuleringar och beräkningar. De använde också lidarsysteminstallationerna – en laserbaserad mätmetod – för vilka de överlevde i kraftiga kalla vindar och minusgrader i Antarktis. US Antarctic Program och Antarctica New Zealand-programmet finansierade dem under en period av åtta år i Antarktis. Lidarsystemet är mycket kraftfullt och robust och har förmågan att bestämma temperatur och densitet över olika delar av atmosfären. Den kan framgångsrikt registrera störningar orsakade av gravitationsvågor. Tekniken är till stor hjälp för att registrera de områden i atmosfären som är svårast att observera annars. Studie av atmosfäriska vågor på Sydpolen är viktig för att improvisera klimat- och väderrelaterade modeller som kan användas för både realtidsregistrering och forskningsändamål. Till och med gravitationsvågornas energi och momentum kan mätas med kraftfulla lidarsystem.
Denna studie tyder på att gravitationsvågor påverkar den globala luftcirkulationen i atmosfären som sedan påverkar temperaturer och rörelser av kemikalier som påverkar klimatförändringen. De nuvarande klimatmodellerna som finns tillgängliga tar inte fullständigt hänsyn till energin i dessa vågor. Det är viktigt att lära sig mer om stratosfären för att förstå effekterna på ozonskiktet som främst finns i den nedre delen av stratosfären. En tydlig förståelse av gravitationsvågor, särskilt hur sekundära vågor genereras, kan hjälpa oss att förbättra nuvarande beräkningssimuleringsmodeller. Författare erkänner andra tillgängliga parallella teorier2 från 2016, vilket tyder på att vibrationer från Ross Ice Shelf i Antarktis som orsakas av havsvågor kanske är ansvariga för att skapa dessa atmosfäriska krusningar och vågor. Den aktuella studien har hjälpt till att bilda en tydlig bild av det globala atmosfäriska beteendet även om många mysterier fortfarande måste åtgärdas. En kombination av observationer och datormodellering kan hjälpa till att reda ut många fler hemligheter kring detta universum.
***
{Du kan läsa den ursprungliga forskningsartikeln genom att klicka på DOI-länken nedan i listan över citerade källor}
Källa (er)
1. Xinzhao C et al. 2018. Lidarobservationer av stratosfäriska gravitationsvågor från 2011 till 2015 vid McMurdo (77.84 °S, 166.69 °E), Antarktis: Del II. Potentiella energidensiteter, logga normalfördelningar och säsongsvariationer. Journal of Geophysics Research. https://doi.org/10.1029/2017JD027386
2. Oleg A et al. 2016. Resonansvibrationer av Ross Ice Shelf och observationer av ihållande atmosfäriska vågor. Journal of Geophysical Research: Space Physics.
https://doi.org/10.1002/2016JA023226
***
