The origins of the mysterious ripples called zwaartekracht waves above Antarctica skies has been discovered for the first time
Scientists detected zwaartekracht waves above Antarctica luchten anno 2016. Zwaartekrachtgolven, voorheen onbekend, zijn kenmerkend voor grote rimpelingen die continu in 3-10 uur door de bovenste Antarctische atmosfeer razen. Van deze golven is bekend dat ze zich vaak voortplanten door de atmosfeer van de aarde en ook dat ze de neiging hebben om na verloop van tijd te verdwijnen. Boven Antarctica zijn deze golven echter zeer hardnekkig, zoals blijkt uit periodieke waarnemingen door wetenschappers. Deze werden 'zwaartekrachtgolven' genoemd omdat ze voornamelijk werden gevormd door de kracht van de aarde zwaartekracht and its rotation and they spanned 3000 kilometres in the mesosphere layer. The main layers of Earth’s atmosphere are troposphere, stratosphere, mesosphere and thermosphere being the layer which is furthest up. At that point in 2016, researchers were still unable to understand the origin of these waves. It is however crucial to pin point the origins of gravity waves so as to understand the connections between different layers in Earth’s atmosphere which could then provide us with valuable information about how the air circulates around our vliegtuig.
Oorsprong van zwaartekrachtgolven traceren
In een studie gepubliceerd in Journal of Geophysical Research, heeft dezelfde groep onderzoekers hun realtime observaties gecombineerd met theoretische informatie en modellen om aanwijzingen te genereren over de zwaartekrachtgolven1. Ze stelden twee mogelijke verklaringen voor voor de waarschijnlijke oorsprong (hoe en waar ze werden gevormd) van deze 'aanhoudende' zwaartekrachtgolven. De eerste stelling is dat deze golven ofwel afkomstig zijn van kleinere golven op een lager niveau in het atmosferische niveau onder de mesosfeer, dat wil zeggen de stratosfeer (30 mijl boven het aardoppervlak). De wind die door de bergen stroomt, duwt deze zwaartekrachtgolven op een lager niveau, waardoor ze groter worden en de golven uiteindelijk hoger de atmosfeer in gaan. Zodra zwaartekrachtgolven het einde van de stratosfeer bereiken, breken ze en worden ze opgewonden als rimpelingen in een oceaan, waardoor ze grotere golven genereren met een horizontale lengte van maximaal 2000 kilometer (terwijl de kleinere lagere golven op 400 mijl staan) en zich enorm uitstrekken tot in de mesosfeer. Dit specifieke vormingsmiddel kan worden aangeduid als 'secundaire golfopwekking'. Auteurs merkten op dat secundaire golven in de winter hardnekkiger worden gevormd dan in andere tijden en dus verondersteld wordt op middelhoge tot hoge breedtegraden op beide halfronden voor te komen. Een alternatieve tweede mogelijkheid die door onderzoekers wordt gesuggereerd, is dat zwaartekrachtsgolven afkomstig zijn van de wervelende polaire vortex. Deze vortex is een lagedrukgebied dat in de winter ronddraait en de lucht van Antarctica overneemt. Deze vorm van weer en wind circuleert in de winter rond de Zuidpool. Dergelijke snel draaiende winden kunnen zwaartekrachtgolven op laag niveau veranderen als ze omhoog bewegen in de atmosfeer of zelfs secundaire golven genereren. Auteurs stellen dat een van hun suggesties over de oorsprong van zwaartekrachtgolven nauwkeurig zou kunnen zijn en een concrete conclusie zou nog aanvullend onderzoek kunnen vereisen.
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 van invloed is op de temperatuur en beweging van chemicaliën die de klimaatverandering beïnvloeden. De huidige beschikbare klimaatmodellen houden niet volledig 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 voornamelijk in het lagere deel van de stratosfeer wordt aangetroffen. Een duidelijk begrip van zwaartekrachtgolven, vooral hoe de secundaire golven worden gegenereerd, kan ons helpen de huidige computationele simulatiemodellen te verbeteren. Auteurs erkennen andere parallelle theorieën die beschikbaar zijn2 from 2016 which suggest that vibrations of Ross Ice Shelf in Antarctica which is caused by ocean waves maybe responsible for creating these atmospheric ripples and undulations. The current study has helped to form a clear picture of global atmospheric behaviour though many mysteries still need to be addressed. A combination of observations and computer modelling can help unravel many more secrets of this universum.
***
{U kunt de originele onderzoekspaper lezen door op de DOI-link hieronder in de lijst met geciteerde bron(nen) te klikken}
Bron (nen)
1. Xinzhao C et al. 2018. Lidar-waarnemingen van stratosferische zwaartekrachtgolven van 2011 tot 2015 bij McMurdo (77.84 °S, 166.69 °E), Antarctica: Deel II. Potentiële energiedichtheden, lognormale verdelingen en seizoensvariaties. Tijdschrift voor geofysisch onderzoek. 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
***
