Моделювання планети Земля: «вінець» та «яблука»
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Закрутився великий барабан, наповнений водою упереміш з білими кульками. Швидше, швидше, ще швидше крутиться установка, імітуючи обертання планети. День змінював ніч, ніч день і т. д. за лічені секунди. Спочатку рідина, яка імітує атмосферу Землі, оберталася по колу, захоплюючись стінками циліндра, але поступово коло почало руйнуватися: скривилися його правильні кільця, виникли незрозумілі завихрення. І ось навколо осі циліндра склався «вінець» з трьох плавно вигнутих пелюстків. Так почався один з експериментів в лабораторії моделювання атмосферних процесів…
Надітий вінець був безпосередньо на штучний полюс планети – його роль грає металева охолоджена трубка, зазначена стрілкою. Обертова рідина або газ рухаються від холодного полюса до гарячого екватору – стінок циліндра, де температура вище, і потім, відштовхнувшись від екватора, знову спрямовуються до полюса. Так за допомогою «вінця», чиї пелюстки поширюються до самого екватора, підтримується тепловий баланс планети.
На думку фахівців з лабораторії моделювання атмосферних процесів, такі регулярні течії відіграють важливу роль в утворенні погоди. Досить мізерного підвищення температури, і замість трьох пелюсток народяться чотири або п’ять. При однакових умовах можуть з’явитися «вінці» з різним числом пелюсток. Як показують дослідження, саме системи з малою кількістю пелюсток мають найбільшу стійкість, а течії з великим числом «пелюсток» руйнуються легше.
А всередині «вінця» атмосферне життя також має свої закони. Тут стрімко народжуються і вмирають циклони і антициклони. Щоб з’ясувати закони їх виникнення, дослідники вдавалися до допомоги звичайного еліпсоїда. Якщо розкрутити еліпсоїд навколо осі, а потім різко зупинити його, то рідина продовжує свій шлях уздовж стінок, немов закручена в склянці з чаєм. Потім з водою починають траплятися дивні події. Всередині розкрученого еліпсоїда раптом з’являються кілька «яблук», що обертаються в різні боки.
Чому потік рідини формується саме таким чином, для дослідників ще не зовсім ясно. Але точно таку ж ситуацію можна спостерігати в справжній атмосфері, де циклони і антициклони, немов кулі в еліпсоїді, є сусідами один з одним.
Ця модель здатна пояснити можливий механізм народження гігантських вихорів в атмосфері. Система «яблук» так само нестійка, як і «вінець». І змінити «погоду» в ній надзвичайно просто. Є у неї і ще одна дивна особливість: осі обертання куль перекидаються по абсолютно певним законам, які дослідники навчилися описувати математично. Мабуть, тепер можна буде точніше зрозуміти механізм народження циклонів і антициклонів…
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.