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¿Cómo profundo es el gran punto rojo?

La Gran Mancha Roja (GRS) es una persistente tormenta sistema que es fácilmente visible a través de un telescopio en la superficie de Júpiter. Pero ¿cuál es la estructura tridimensional de la GRS, y a qué profundidad en el planeta se extiende?

Cuando yo escribí por primera vez esta pregunta, yo supuse que el GRS debe ser el fin de un vórtice lineal, lo que nos lleva a la pregunta de por qué no podemos ver el otro extremo en otros lugares en la superficie, como expongo a continuación. Sin embargo, como hwlau señaló en una respuesta, esta no es la única posibilidad, así que lo he añadido una sección de discutir otro, más probable, y en caso de abajo.

Si la Gran Mancha Roja es el final de un vórtice

De acuerdo a mi posiblemente errónea comprensión de la mecánica de fluidos, usted no puede tener un vórtice con sólo un final, al menos en invsicid de flujo. En la superficie de Júpiter, el flujo tiene un enorme número de Reynolds en la escala de la GRS, por lo que es muy casi no viscoso. Si esto también es cierto en el planeta interior, a continuación, el otro extremo de la GRS vórtice debe terminar contra una superficie, pero no hay ninguna superficie sólida sobre Júpiter (al menos no en cualquier lugar cerca de la parte superior de la atmósfera que podemos observar), así que lo que juega ese papel en esta situación? Es justo que la viscosidad de la atmósfera de Júpiter aumenta rápidamente con la profundidad, lo que permite la Mancha Roja a ser sólo un poco de la superficie de la característica, o que es lo que realmente se extienden profundamente en el planeta del interior?

Wikipedia tiene alguna información acerca de la profundidad de los modelos de Júpiter interior. No menciona los vórtices en este contexto, pero sí dice que estos modelos predicen que Júpiter flujo está organizado en cilindros concéntricos paralelos al eje de rotación. Un amigo me señaló que esto significa que el Punto Rojo del vórtice debe extenderse hacia el interior de la paralela al eje de rotación, así, como este:

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Como se muestra en la figura, si el flujo estaban completamente viscosos (y esta idea es correcta), debemos esperar a ver el otro extremo del vórtice, como una segunda tormenta, girando en la dirección opuesta en el norte del cinturón ecuatorial. Esto no coincide con las observaciones, por lo que es de suponer que el vórtice termina antes de este punto, pero me gustaría saber cómo de lejos en el planeta se extiende antes de hacerlo.

Si la Gran Mancha Roja es un cerrado del vórtice

hwlau señaló que el GRS no tiene por qué ser el final de vórtice lineal en absoluto, sino que pueden ser cerrado del vórtice orientación paralela a la superficie, como un aplanado anillo de humo, como he intentado dibujar a continuación:

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Esto probablemente tiene mucho más sentido que mi lineales vórtice de asunción, debido a la GRS es probablemente impulsado por convección térmica, y esta geometría tiene sentido para una rotación de convección de la célula. (Grandes tormentas en la Tierra tienen una estructura similar.) Intuitivamente, si la estructura de la GRS es como este, parece que debería ser menos profundo que ancho -, pero desde la GRS es más amplio que el de la Tierra, que todavía puede ser bastante considerable distancia, y estoy interesado en saber si un número se puede poner a la misma.

Si la estructura de los GRS se parece a esto, yo también estaría interesado en cualquier cosa que pueda ser conocido acerca de la estructura del flujo por debajo de él, y cómo los dos flujos podrían interactuar.

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bjarkef Puntos 117

La atmósfera no es un sencillo de dos dimensiones superficie esférica. Usted debería considerar también la convección en la atmósfera.

Vamos a considerar la siguiente situación: Un cilindro circular con flujo de calor en el sistema exactamente en el medio de la parte inferior del cilindro. Así que hay convección cerca del eje central del cilindro y hay convección hacia abajo cerca de la parte exterior del cilindro. La hora de racionalizar el flujo sin problemas en el medio y abajo desde el exterior. Así, cuando se ve desde la parte superior, es como radial línea en movimiento.

Como la mancha roja se parece más a una espiral de un vórtice, ahora vamos a imaginar, en lugar de ascender directamente, el streamline en espiral alrededor del eje central de un poco menos de una vuelta, por lo que es necesario en espiral en la parte superior de la superficie con el fin de completar el resto de turno para hacer el streamline cerrado. Ahora cuando se ve desde la parte superior, usted debería ser capaz de ver la espiral como el rojo saliva de la parte superior.

Así que ¿por qué no hay vórtice creado? Creo que el punto clave es que el streamline son perfectamente a moverse hacia abajo a lo largo de su circunferencia exterior de la frontera. Esta característica también es válido para otros, de forma cilíndrica (o de una parte de la conic). Por lo tanto, es posible combinarlos de alguna manera juntos para formar una cáscara esférica como la atmósfera. A lo largo de este límite imaginario, todos agiliza están apuntando hacia abajo y sin racionalizar están apuntando paralela a la superficie, por lo que no hay nuevo vórtice creado.

Yo no tengo una buena entender acerca de vórtice/antivortex, pero creo que el vórtice se crean debido a la opuesta agilizar cerca de un punto. También sonido extraño para mí como nunca he visto un par de tornados en el norte y en el hemisferio sur de la Tierra.

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Herb Wilf Puntos 196

Yo podría haber encontrado al menos una respuesta parcial a mi propia pregunta en este artículo de revisión:

Vasavada, A. R.; Showman, A. (2005). "Joviano la dinámica de la atmósfera: Una actualización después de Galileo y Cassini". Informes sobre el Avance en la Física 68(8)

El espesor de Júpiter vórtices es desconocido, pero la dinámica argumentos sugieren que son delgadas en comparación con un planetario radio. La rápida evolución de corto y dinámico de la vida de la mayoría de los Jovianos vórtices de argumentar en contra de ellos Taylor columnas que penetran a través de la dotación molecular. Además, la no-zonal del flujo de aire que se produce en estos vórtices violaría el Taylor–Proudman teorema, especialmente para los más grandes vórtices como la Gran Mancha Roja, si ellos fueron Taylor columnas. Superior de la troposfera inferior y estratosférico las mediciones de temperatura implica que la mayoría de los grandes vórtices sólo se extienden a 2-4 escala de alturas (40-80 km) por encima de las nubes (Conrath et al 1981). Una reciente serie de multi-capa, cuasi-geostrophic numérico las simulaciones por Dritschel y sus colegas (Dritschel y de la Torre Juárez, 1996, Dritschel et al 1999, Reinaud et al 2003) muestran que en tres dimensiones, geostrophically equilibrada vórtices tienden a ser baroclinically inestable si su espesor excede a su ancho por un factor mayor que $∼f/N$ donde $f$ es el parámetro de Coriolis y $N$ es el Brunt–Väisälä frecuencia. En la sub-nube de la troposfera Júpiter, el latente calefacción relacionados con la condensación de agua podría producir una característica de Brunt–Väisälä frecuencia de ~ 0.002 $\text{s} ^{−1}$. Si es así, vórtices, tales como la Gran Mancha Roja y Blanca Óvalos probablemente se extienda a menos de ∼500 km por debajo de las nubes.

(Cursiva en el Original.) No entiendo la terminología anterior, pero en su contexto yo lo interpreto como diciendo que la GRS es probablemente no es el fin de un vórtice lineal se extiende profundamente en el planeta, sino que es una manera bastante superficial cerrado del vórtice que no penetran en el metálico hidrógeno capa. (500 km es un número grande, pero es bastante pequeña en comparación con las dimensiones observables de la mancha roja, que son del orden de 10.000 km.) Pero, al mismo tiempo, el lenguaje es bastante cubierto y tengo la impresión de que este no es un caso cerrado.

En general es muy interesante lo poco que se sabe acerca de los flujos en el interior de júpiter, y de skimming este papel parece que la opinión está muy dividida sobre si las características que podemos observar están confinados a una profunda capa de la superficie, o si son sólo la parte visible de mucho estructuras más profundas. Parece una muy interesante con un montón de espacio para las sorpresas.

Apéndice: yo al azar encontré con este bonito vídeo de demostración, que muestra la formación de aplanado "pancake vórtices" en estratificado, la rotación de los flujos. Se hace la afirmación de paso que la GRS es una estructura de este tipo. En esta demostración, se hace la idea de que el GRS no es particularmente profunda parece muy plausible para mí.

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