De oorsprong van de mysterieuze rimpelingen, ook wel zwaartekrachtgolven genoemd , boven de Antarctische hemel is voor het eerst ontdekt.
In 2016 detecteerden wetenschappers zwaartekrachtgolven boven Antarctica. Zwaartekrachtgolven , voorheen onbekend, kenmerken zich door grote rimpelingen die zich continu door de bovenste atmosfeer van Antarctica bewegen met tussenpozen van 3 tot 10 uur. Het is bekend dat deze golven frequent voorkomen in de aardatmosfeer en dat ze na verloop van tijd verdwijnen. Boven Antarctica bleken deze golven echter zeer persistent, zoals periodieke waarnemingen van wetenschappers aantoonden. Ze werden 'zwaartekrachtgolven' genoemd omdat ze voornamelijk werden gevormd door de zwaartekracht en de rotatie van de aarde en zich uitstrekten over een afstand van 3000 kilometer in de mesosfeer. De belangrijkste lagen van de aardatmosfeer zijn de troposfeer, de stratosfeer, de mesosfeer en de thermosfeer, de bovenste laag. In 2016 konden onderzoekers de oorsprong van deze golven nog niet achterhalen. Het is echter cruciaal om de oorsprong van zwaartekrachtgolven te achterhalen om de verbanden tussen de verschillende lagen in de aardatmosfeer te begrijpen. Dit zou ons waardevolle informatie kunnen verschaffen over hoe de lucht rond onze planeet circuleert.
Oorsprong van zwaartekrachtgolven traceren
In een studie gepubliceerd in het Journal of Geophysical Research heeft dezelfde onderzoeksgroep hun realtime-observaties gecombineerd met theoretische informatie en modellen om aanwijzingen te genereren over de zwaartekrachtgolven¹ . Ze hebben twee mogelijke verklaringen voorgesteld voor de waarschijnlijke oorsprong (hoe en waar ze zijn ontstaan) van deze 'aanhoudende' zwaartekrachtgolven. De eerste hypothese is dat deze golven afkomstig zijn van kleinere golven op lagere hoogte in de atmosfeer, onder de mesosfeer, oftewel de stratosfeer (50 kilometer boven het aardoppervlak). De winden die van de bergen afstromen, geven deze zwaartekrachtgolven op lagere hoogte een duw, waardoor ze groter worden en uiteindelijk hoger in de atmosfeer komen. Zodra de zwaartekrachtgolven het einde van de stratosfeer bereiken, breken ze en raken ze geëxciteerd, net als rimpelingen in een oceaan, waardoor grotere golven ontstaan met een horizontale lengte tot wel 2000 kilometer (terwijl de kleinere golven op lagere hoogte 640 kilometer lang zijn) en zich ver uitstrekken in de mesosfeer. Deze specifieke manier van ontstaan kan worden aangeduid als 'secundaire golfgeneratie'. De auteurs hebben vastgesteld dat secundaire golven zich in de winter hardnekkiger vormen dan in andere perioden en dat ze daarom vermoedelijk op middel- tot hoge breedtegraden in beide hemisferen voorkomen. Een alternatieve, tweede mogelijkheid die door onderzoekers wordt geopperd, is dat zwaartekrachtgolven afkomstig zijn van de wervelende poolvortex. Deze vortex is een lagedrukgebied dat roteert en in de winter de atmosfeer boven Antarctica domineert. Deze vorm van wind en weer circuleert in de winter rond de Zuidpool. Zulke snel roterende winden kunnen zwaartekrachtgolven op lage hoogte beïnvloeden wanneer ze hoger in de atmosfeer komen, of zelfs secundaire golven genereren. De auteurs stellen dat beide suggesties over de oorsprong van zwaartekrachtgolven correct zouden kunnen zijn en dat een definitieve conclusie nog verder onderzoek vereist.
Onderzoek in koud Antarctica
Om de oorsprong te begrijpen met behulp van de eerste stelling, werd Vadas' theorie van secundaire zwaartekrachtsgolven overwogen samen met een door onderzoekers ontwikkeld model met hoge resolutie en vervolgens werd een theorie geformuleerd. Onderzoekers voerden computermodellen, simulaties en berekeningen uit. Ze gebruikten ook de lidar-systeeminstallaties - een lasergebaseerde meetmethode - waarvoor ze overleefden in krachtige koude wind en temperaturen onder het vriespunt op Antarctica. US Antarctic Program en het Antarctica New Zealand-programma financierden hen voor een periode van acht jaar in Antarctica. Het lidar-systeem is zeer krachtig en robuust en kan de temperatuur en dichtheid in verschillende delen van de atmosfeer bepalen. Het kan met succes verstoringen registreren die worden veroorzaakt door zwaartekrachtgolven. De techniek is zeer nuttig bij het vastleggen van de gebieden van de atmosfeer die anders het moeilijkst te observeren zijn. Studie van atmosferische golven op de Zuidpool is belangrijk voor het improviseren van klimatologische en weergerelateerde modellen die kunnen worden gebruikt voor zowel real-time opname- als onderzoeksdoeleinden. Zelfs de energie en het momentum van de zwaartekrachtgolven kunnen worden gemeten door krachtige lidar-systemen.
Deze studie suggereert dat zwaartekrachtgolven de wereldwijde luchtcirculatie in de atmosfeer beïnvloeden, wat vervolgens de temperaturen en de beweging van chemicaliën beïnvloedt en zo klimaatverandering teweegbrengt. De huidige klimaatmodellen houden onvoldoende rekening met de energie van deze golven. Het is belangrijk om meer te leren over de stratosfeer om de effecten op de ozonlaag te begrijpen, die zich voornamelijk in de lagere regionen van de stratosfeer bevindt. Een duidelijk begrip van zwaartekrachtgolven, met name hoe de secundaire golven ontstaan, kan ons helpen de huidige computersimulatiemodellen te verbeteren. De auteurs erkennen andere parallelle theorieën uit 2016 die suggereren dat trillingen van de Ross-ijsplaat in Antarctica, veroorzaakt door oceaangolven, mogelijk verantwoordelijk zijn voor het ontstaan van deze atmosferische rimpelingen en golvingen. De huidige studie heeft bijgedragen aan een duidelijker beeld van het wereldwijde atmosferische gedrag, hoewel er nog veel mysteries onbeantwoord blijven. Een combinatie van observaties en computermodellen kan helpen om nog veel meer geheimen van dit universum te ontrafelen.
***
Bron (nen)
1. Xinzhao C et al. 2018. Lidar-waarnemingen van stratosferische zwaartekrachtgolven van 2011 tot 2015 in McMurdo (77.84 °S, 166.69 °O), Antarctica: Deel II. Potentiële energiedichtheden, lognormale verdelingen en seizoensvariaties. Journal of Geophysics Research . https://doi.org/10.1029/2017JD027386
2. Oleg A et al. 2016. Resonantietrillingen van de Ross-ijsplaat en waarnemingen van aanhoudende atmosferische golven. Journal of Geophysical Research: Ruimtefysica.
https://doi.org/10.1002/2016JA023226
***
