Моделирование планеты Земля: «венец» и «яблоки»
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Закрутился большой барабан, наполненный водой вперемешку с белыми шариками. Быстрее, быстрее, еще быстрее крутится установка, имитируя вращение планеты. День сменял ночь, ночь день и т. д. за считанные секунды. Сначала жидкость, имитирующая атмосферу Земли, вращалась по кругу, увлекаемая стенками цилиндра, но постепенно круг начал разрушаться: искривились его правильные кольца, возникли непонятные завихрения. И вот вокруг оси цилиндра сложился «венец» из трех плавно изогнутых лепестков. Так начался один из экспериментов в лаборатории моделирования атмосферных процессов…
Надет венец был непосредственно на искусственный полюс планеты — его роль играет металлическая охлаждаемая трубка, указанная стрелкой. Вращающаяся жидкость или газ движутся от холодного полюса к горячему экватору — стенкам цилиндра, где температура выше, и затем, оттолкнувшись от экватора, снова устремляются к полюсу. Так с помощью «венца», чьи лепестки распространяются до самого экватора, поддерживается тепловой баланс планеты.
По мнению специалистов из лаборатории моделирования атмосферных процессов, такие регулярные течения играют важную роль в образовании погоды. Достаточно мизерного повышения температуры, и вместо трех лепестков родятся четыре или пять. При одинаковых условиях могут появиться «венцы» с разным числом лепестков. Как показывают исследования, именно системы с малым количеством лепестков имеют наибольшую устойчивость, а течения с большим числом «лепестков» разрушаются легче.
А внутри «венца» атмосферная жизнь также имеет свои законы. Здесь стремительно рождаются и умирают циклоны и антициклоны. Чтобы выяснить законы их возникновения, исследователи прибегали к помощи обычного эллипсоида. Если раскрутить эллипсоид вокруг оси, а затем резко остановить его, то жидкость продолжает свой путь вдоль стенок, словно закрученная в стакане с чаем. Затем с водой начинают случаться удивительные происшествия. Внутри раскрученного эллипсоида вдруг появляются несколько «яблок», вращающихся в разные стороны.
Почему поток жидкости формируется именно таким образом, для исследователей еще не совсем ясно. Но точно такую же ситуацию можно наблюдать в подлинной атмосфере, где циклоны и антициклоны, словно шары в эллипсоиде, соседствуют друг с другом.
Эта модель способна объяснить возможный механизм рождения гигантских вихрей в атмосфере. Система «яблок» так же неустойчива, как и «венец». И переменить «погоду» в ней чрезвычайно просто. Есть у нее и еще одна удивительная особенность: оси вращения шаров кувыркаются по совершенно определенным законам, которые исследователи научились описывать математически. Видимо, теперь можно будет точнее понять механизм рождения циклонов и антициклонов…
Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка
При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.