क्यों बृहस्पति का महान लाल धब्बा मरता नहीं है

"पठन में शामिल होना एक गलती है," कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले में एक कम्प्यूटेशनल भौतिक विज्ञानी और इंजीनियरिंग के प्रोफेसर फिलिप माक्र्स ने मुझे परिसर के पास एक कॉफी की दुकान में एक कप कॉफी से अधिक बताया। “आप बहुत ज्यादा सीखते हैं। यही कारण है कि मैं तरल गतिकी पर आकृष्ट हुआ। "

और यह 1978 में था, जब मार्कस ने कॉर्नेल में विज्ञान के डॉक्टर के रूप में प्रथम वर्ष में काम किया, वर्णक्रमीय तरीकों का उपयोग करके सौर संवहन के संख्यात्मक सिमुलेशन में विशेषज्ञता हासिल की। लेकिन वह ब्रह्मांड के विकास और सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत का अध्ययन करना चाहता था; उन्होंने कहा, समस्या यह थी कि लोगों ने दावा किया कि उन्होंने अपने पूरे जीवन में सामान्य सापेक्षता के कार्य के परिणाम नहीं देखे हैं। नतीजतन, "यह क्षेत्र थोड़ा शांत हो गया है, और सामान्य सापेक्षता के सभी विशेषज्ञों ने अन्य क्षेत्रों में विचलन किया है।"

यह 1978 में था कि मल्लाह 1 ने बृहस्पति की तस्वीरों को पृथ्वी पर भेजना शुरू किया। जब मार्कस को जरूरत थी, जैसा कि वह कहते हैं, "आराम करने, तनाव दूर करने और वह सब करने के लिए", वह खगोल भौतिकी भवन के बगल में स्थित एक विशेष प्रयोगशाला में गए और वायेजर से ली गई ग्रेट रेड स्पॉट की तस्वीरों की प्रशंसा की। यह तूफान पहले ही सैकड़ों मील की दूरी तय कर चुका है, कम से कम 1665 के बाद से, जब वह पहली बार रॉबर्ट हुक द्वारा देखा गया था। "मैंने महसूस किया कि खगोल विज्ञान के क्षेत्र में लगभग कोई भी तरल पदार्थ की गतिशीलता से अवगत नहीं था, लेकिन मैं बस वहां था," उन्होंने मुझे बताया। "और मैंने कहा - ठीक है, फिर, मेरे पास इस मुद्दे का अध्ययन करने का अवसर है, और यह दूसरों की तुलना में बदतर नहीं है।"

इसलिए वह तब से नहीं रुकी है। आज, वह सौर मंडल के सबसे प्रसिद्ध तूफान का विशेषज्ञ है। एक पहाड़ बाइकर की काया को देखते हुए, वह मेरे सवालों का जवाब देता है, सक्रिय रूप से आगे बढ़ता है, और कभी-कभी अपने शब्दों को स्पष्ट करने के प्रयास में अपनी बाहों को लहराता है। उन्होंने स्वीकार किया कि उनकी ऊर्जा से भद्दापन पैदा हो सकता है। "लोगों को मुझ पर शक है," वे कहते हैं। "अगर मैं प्रयोगशाला में प्रवेश करता हूं, तो मैं तुरंत कुछ तोड़ता हूं।" सौभाग्य से, उन्होंने कहा, "मैं कई प्रयोगकर्ताओं के साथ दोस्ती करने के लिए बहुत भाग्यशाली था।"

ग्रेट रेड स्पॉट में आप पर क्या प्रहार हुआ?

कुछ बातें। लोगों ने लंबे समय से सोचा है कि ग्रेट रेड स्पॉट (बीकेपी) इतने लंबे समय से क्यों रह रहा है? BKP एक तूफान है, और हम सांसारिक तूफानों के लिए उपयोग किया जाता है। एक औसत तूफान अधिकतम दो हफ्तों तक रहता है, और इसके विनाश के लिए तंत्र पूरी तरह से निश्चित है: यह या तो ठंडे पानी से गुजरता है और ऊर्जा खो देता है, या पृथ्वी पर गुजरता है और नाटकीय रूप से ऊर्जा खो देता है। एक बवंडर एक प्रभावशाली चीज है, लेकिन यह केवल कुछ ही घंटे रहता है। तो बीकेपी इतना लंबा क्यों रहता है? लोग कहते थे: "ये एक पहाड़ की चोटी पर छाए हुए बादल हैं।" या: "यह हाइड्रोजन के समुद्र में एक हिमखंड है।" इसी तरह के सिद्धांत 1979 में एक बार समाप्त हुए, जब वायोसन 1 और 2 ने ग्रह के ऊपर से उड़ान भरी। तब कोई नहीं जानता था कि यह एक बवंडर है, एक विशाल तूफान है, जिसे मुड़ने में छह दिन लगे। संयुक्त राज्य अमेरिका बीकेपी में सौ गुना फिट होगा। यह वास्तव में बहुत बड़ा है। मल्लाह मिशन की उल्लेखनीय उपलब्धियों में से एक यह था कि उन्होंने बीकेपी बनाने वाले बादलों की सैकड़ों तस्वीरें लीं, और हम अंततः यह देखने में सक्षम थे कि यह चीज कैसे बदल जाती है, और फिर हम विश्वास के साथ कहने में सक्षम थे कि यह एक बवंडर है। उस समय तक, कोई भी नहीं जानता था कि यह कताई है।

बीकेपी कैसे आया?

बीकेपी संभवतः दो तरीकों में से एक में दिखाई दिया। यह गैस का ऊपर की ओर प्रवाह हो सकता है, स्ट्रैटोस्फियर तक पहुंच जाता है और ऊपर लिपट जाता है, यही वजह है कि भंवर निकला। यदि ऊपर की ओर प्रवाह वायुमंडल की पर्याप्त रूप से स्थिर परत तक पहुंच सकता है, तो यह क्षैतिज रूप से प्रचार कर सकता है, और जब इस तरह के प्रवाह बृहस्पति के रूप में इतनी तेजी से घूर्णन प्रणाली पर क्षैतिज रूप से फैलता है, तो यह प्रसार एक भंवर के गठन की ओर जाता है। एक और संभावना यह है कि वातावरण में जेट स्ट्रीम ने स्थिरता खो दी, लहर दोलन शुरू हो गए, और जब लहर आयाम एक निश्चित सीमा तक बढ़ गया, तो यह टूट गया, जिससे छोटे भंवर बन गए, जो तब विलय हो गए।

यह बृहस्पति पर क्यों दिखाई दिया, और कहीं और नहीं?

पृथ्वी पर, यदि आप समुद्र के ऊपर से उड़ान भरते हैं, तो आप लगभग सटीक रूप से कह सकते हैं कि द्वीप आपके नीचे कौन से स्थानों पर होंगे, क्योंकि बादल उनके ऊपर लटकेंगे - स्थलाकृतिक विशेषताएं अक्सर बादलों को अपनी ओर आकर्षित करती हैं। लेकिन बृहस्पति पर कोई ठोस सतह नहीं है, जब तक आप बहुत उथले कोर के नीचे नहीं जाते हैं। यह अनिवार्य रूप से द्रव की एक गेंद है। महाद्वीपों और द्वीपों के बीच हीटिंग में कोई अंतर नहीं है। पर्वत श्रृंखलाओं से हवाएं बाधित नहीं होती हैं। यह सब नहीं है, इसलिए, इस पर बहुत अच्छी तरह से व्यवस्थित प्रवाह का एक सेट है। और अगर आपके पास ऐसी धाराएं हैं, तो भंवर स्वाभाविक रूप से दिखाई देते हैं। हवाएं विपरीत दिशाओं में जाती हैं, एक दूसरे के खिलाफ रगड़ती हैं। यह विपरीत दिशाओं में चलती दो दीवारों के बीच स्थित गेंद की गेंद की तरह है। दीवारें गेंद को घुमाती हैं, और बृहस्पति पर विरोधी धाराएं उनके बीच हवा को घुमाती हैं। धाराओं के बीच बनने वाले भंवर उन सभी चीजों का विरोध करते हैं जो उनमें दुर्घटनाग्रस्त हो जाती हैं। अगर मैं बाथरूम में घूमता हूं और उसे थप्पड़ मारता हूं, तो वह गायब हो जाएगा। अगर मैं जोनल हवाओं के बीच स्थित बृहस्पति पर एक बीकेपी सिमुलेशन बनाता हूं, और इसे थप्पड़ मारता हूं, तो इसे दो भागों में विभाजित करने की कोशिश कर रहा है, यह फिर से इकट्ठा होगा। इसलिए, मैं कल्पना करता हूं कि जेट स्ट्रीम बगीचों के रूप में हो सकती हैं जिसमें एडियां उगाई जा सकती हैं।

और क्या शारीरिक रूप से बीकेपी को विघटित होने से रोकता है?

मुझे लगता है कि ऊंचाई में बीकेपी 50-70 किमी है। व्यास में, यह लगभग 26,000 किमी है। यह इस तरह के एक पैनकेक निकलता है। उसी तरह जैसे टूथपेस्ट की ट्यूब के साथ, अगर मैं केंद्र में पैनकेक पर दबाव डालता हूं, तो इसके किनारों से कुछ निकलेगा, साथ ही ऊपर और नीचे से भी। यह ज्ञात है कि बीकेपी के केंद्र में उच्च दबाव है, लेकिन इसकी गैसें कोरिओलिस बल के कारण सभी पक्षों से क्षैतिज रूप से बाहर नहीं रेंगती हैं - वे ऊपर और नीचे से लंबवत बाहर रेंगते हैं। तो क्या गैसों को ऊपर और नीचे से बाहर निकलने से रोकता है? मैं इसे रोकने का केवल एक तरीका जानता हूं। BKP के शीर्ष पर घने ठंडे वातावरण का आवरण होता है। यह अतिरिक्त घनत्व है जो BKP गैसों को पीछे धकेलता है। और बीकेपी के नीचे एक गर्म, तैरता हुआ वायुमंडलीय तल होना चाहिए, जो बीकेपी को नीचे से गैसों को बाहर निकालने के लिए केंद्र में उच्च दबाव को रोकता है। यह एक संतुलन है।

आप संख्यात्मक और विश्लेषणात्मक गणना कर सकते हैं और सोच सकते हैं: "हम्म, मुझे आश्चर्य है कि यहां कितना मोटा कवर चाहिए? इस तरह का संतुलन हासिल करने के लिए नीचे क्या उछाल होनी चाहिए? ” काइनेटिक ऊर्जा भंवर की हवाओं के साथ जुड़ी हुई है, और संभावित ऊर्जा शीर्ष पर एक ठंडा, घने ढक्कन और नीचे एक अस्थायी गर्म तल से जुड़ी हुई है। बीकेपी का अध्ययन करने वाले मेरे अधिकांश साथी गतिज ऊर्जा पर ध्यान केंद्रित करते हैं, लेकिन मैं उन्हें बताता हूं: "नहीं, नहीं, दोस्तों, केवल 16% ऊर्जा इसमें केंद्रित है।" बीकेपी ऊर्जा का अधिकांश भाग घने शीत आवरण और गर्म तैरते तल की संभावित ऊर्जा है। यदि आप चाहते हैं कि रात को नींद न आए, यह सोचकर कि बीकेपी क्या हमला कर सकता है, तो सोचें कि इसकी संभावित ऊर्जा क्या हमला कर सकती है।

बीकेपी घर्षण से टूटता क्यों नहीं है?

हमारा अंतर्ज्ञान हमें बताता है कि भंवर शाश्वत नहीं हैं, कि वे हमेशा किसी न किसी घर्षण के कारण बिखर जाते हैं। घर्षण अलग-अलग हो सकता है, और एक कारण जो बीकेपी को नष्ट कर सकता है, लोगों के अनुसार, रॉस्बी तरंगें होंगी। रॉस्बी तरंगें वायुमंडलीय तरंगों के प्रकारों में से एक हैं जो मौजूद हैं क्योंकि वायुमंडल एक घूर्णन गोलाकार खोल है, न कि एक घूर्णन विमान। वे अक्सर वायुमंडल में पाए जाते हैं, और कम गति से चलते हैं। लोगों ने सोचा कि बीकेपी रॉस्बी तरंगों को प्रसारित करना शुरू कर देगा, जो उससे ऊर्जा लेगा। जब वातावरण में अप्रत्याशित घटनाएं होती हैं, उदाहरण के लिए, दो भंवर टकराते हैं, तो रॉस्बी लहरें दिखाई देती हैं। लेकिन आमतौर पर भंवर के निर्माण के बाद यह रॉस्बी तरंगों का उत्सर्जन करता है, इसलिए, इस बात का कोई सबूत नहीं है कि रॉस्बी तरंगों का विकिरण BKP को नष्ट कर देगा, जो एक अर्ध-संतुलन अवस्था में है।

उसे और क्या रोक सकता था?

यदि आप इस सवाल का अध्ययन करना शुरू करते हैं कि बीकेपी पर क्या हमला हो सकता है और इसे नष्ट कर सकता है, तो आपको न केवल गतिज ऊर्जा पर घर्षण जैसे कारकों के प्रभाव के बारे में सोचना होगा; आपको यह सोचना होगा कि क्या अधिक महत्वपूर्ण है - जो संभावित ऊर्जा पर हमला करता है। संभावित ऊर्जा के संभावित रिसाव का एक प्रसिद्ध कारण है - इसे " रेडिएंट इक्विलिब्रियम " कहा जाता है। यदि मैं पृथ्वी के वायुमंडल के एक हिस्से को ठंडा कर सकता हूं, तो मैं एक स्टॉपवॉच निकाल सकता हूं और कह सकता हूं: "तो, मुझे आश्चर्य है कि यह खंड कितनी देर तक गर्म होता है और आसपास के वातावरण के साथ उज्ज्वल संतुलन में प्रवेश करता है?" या, यदि मैंने कहीं पर एक छोटा सा गर्म स्थान बनाया है, तो मैं पूछ सकता हूं: "फोटोन और अन्य सभी चीजों के हस्तांतरण के कारण संतुलन स्थापित करने में कितना समय लगेगा, जिसके बाद मेरी साइट अपने तापमान के अंतर को खो देगी?" अन्य वैज्ञानिकों की गणना से, यह ज्ञात है कि बीकेपी स्थित वातावरण के स्थान पर, ठंड या गर्म क्षेत्र लगभग साढ़े चार साल में गायब हो जाते हैं - विशेष रूप से गर्म या ठंडे क्षेत्रों के लिए यह समय आवश्यक है कि वे पर्यावरण से पूरी तरह से अप्रभेद्य बनें। इसलिए हमने कई संख्यात्मक सिमुलेशन किए, और अगर हम अपने कंप्यूटर मॉडल में वार्मिंग या शीतलन के प्रभाव को पेश करते हैं, तो यह पता चलता है कि बीकेपी साढ़े चार साल में हल करता है।

और उसे क्या खिलाता है?

इस स्थान की औसत गति लगभग तीन सौ किलोमीटर प्रति घंटा है। जेट धाराएँ भी उसी गति से चलती हैं। लेकिन उनकी ऊर्ध्वाधर गति बहुत छोटी मानी जाती है। वे प्रति घंटे सेंटीमीटर के क्रम पर होने की संभावना है, और इसलिए उन्हें आमतौर पर उपेक्षित किया जाता है। लेकिन ऊर्ध्वाधर हवाएं लगातार वायुमंडल के बड़े क्षेत्रों में दिखाई देती हैं, और इसलिए हम सोचते हैं कि उन्हें छूट नहीं दी जा सकती। हमें लगता है कि ठंड कवर और गर्म तल से गर्मी हस्तांतरण, और एक उज्ज्वल संतुलन स्थापित करने की कोशिश कर रहा है, बीकेपी को नष्ट करने की कोशिश कर रहा है। लेकिन हम मानते हैं कि बीकेपी इस उज्ज्वल गर्मी हस्तांतरण के बावजूद जीवित रहने का प्रबंधन करता है, क्योंकि इसकी ऊर्ध्वाधर गति बहुत छोटी है।

व्यवहार में, हम यह मान सकते हैं कि जब हवा गिरती है, तो यह गर्म हो जाती है, और जब यह बढ़ती है, तो ठंडी हो जाती है। बीकेपी के अंदर फोटॉनों का थर्मल विकिरण आसपास के वातावरण के तापमान के साथ उसके ढक्कन और नीचे के तापमान को संतुलित करने की कोशिश कर रहा है। यह ठंडा तंग ढक्कन को गर्म करना चाहिए, और अंत में यह गायब हो जाना चाहिए, जो बीकेपी को नष्ट कर देगा।

लेकिन बीकेपी के फैलाव की शुरुआत में, दबाव संतुलन खो जाता है। संतुलन खोने से बीकेपी के केंद्र में कमजोर दबाव के माध्यम से गैसों को लंबवत धक्का देने की अनुमति मिलती है। जब उठाया जाता है, तो हवा ठंडी होती है, जो नई ठंडी हवा के साथ ढक्कन की आपूर्ति करती है, परिणामस्वरूप, यह ठंडा हो जाता है और भारी हो जाता है। लगभग एक ही प्रक्रिया बीकेपी के तल पर होती है, और यह गर्म तल को पुनर्स्थापित करता है, जो थर्मल विकिरण को नष्ट करने की कोशिश कर रहा है।

इसके अलावा, गैस ऊपर की ओर चलती है, जो लुप्त हो रहे आवरण से होकर गुजरती है, बीकेपी को छोड़ देती है और अंत में बढ़ना बंद कर देती है, और यह बीकेपी के क्षेत्र में कई बार क्षैतिज रूप से चपटा हो जाता है। फिर वह बाहर जाना बंद कर देता है और नीचे चला जाता है। यह अवरोही गैस बीकेपी के आसपास के वातावरण के परमाणुओं और अणुओं को नीचे की ओर धकेलती है, जिससे उनकी संभावित ऊर्जा कम हो जाती है। नतीजतन, गैस अपनी यात्रा समाप्त कर देती है, बीकेपी केंद्र पर वापस लौटती है। घर के रास्ते में, गैस बीकेपी के आसपास के वातावरण से जारी संभावित ऊर्जा एकत्र करती है।

इस ऊर्जा का संग्रह थर्मल विकिरण के माध्यम से बीकेपी ऊर्जा के नुकसान को संतुलित करता है। एक कंप्यूटर सिमुलेशन में, आप बीकेपी के अंदर और बाहर जाने वाली सभी ऊर्जाओं की दिशा और शक्ति को माप सकते हैं, और यह संपूर्ण ऊर्जा बजट पूरी तरह से फिट बैठता है। गैस संचलन के कारण बीकेपी के आसपास के वातावरण में संभावित ऊर्जा का एक बड़ा रिसाव होता है, लेकिन चिंता की कोई बात नहीं है, क्योंकि सूर्य इस स्थान पर उज्ज्वल संतुलन को बहाल करता है और अतिरिक्त ऊर्जा देता है। तो अंत में यह पता चलता है कि बीकेपी के लुप्त होने को रोकने के लिए सूर्य ऊर्जा के स्रोत के रूप में कार्य करता है।

दूर के ग्रह के वातावरण का अध्ययन करने का मूल्य क्या है?

अगर आपको समझ में नहीं आता है कि बृहस्पति हमारे अपने सौर मंडल में कैसे काम करता है, तो आप कैसे समझ सकते हैं कि बृहस्पति अन्य सूर्य के आसपास कैसे काम करते हैं? अब अन्य सोलर सिस्टम में अन्य ज्यूपिटर की तलाश करना बहुत फैशनेबल है, क्योंकि हम सोच रहे हैं कि क्या अन्य ग्रह मौजूद हैं, और क्या उन पर जीवन मौजूद हो सकता है। अन्य सूर्य की परिक्रमा करते हुए ग्रहों का अध्ययन करना, आपको कहीं और शुरू करने की आवश्यकता है, आपको बेवकूफ बनाने की आवश्यकता है। इस तरह अनुसंधान का वैज्ञानिक क्षेत्र विकसित होता है।

और अब - एक शिकायत। नासा एक महान संगठन है, और मुझे और मेरे साथी सिद्धांतकारों को आवंटित धन के लिए मैं उनका आभारी हूं। लेकिन जितना पैसा हम उपकरणों पर खर्च करते हैं - उपकरणों को अंतरिक्ष में भेजने के लिए, हम उन उपकरणों से प्राप्त डेटा का विश्लेषण करने पर जितना पैसा खर्च करते हैं, उसकी तुलना में बहुत असंतुलित होता है। केवल 31 साल पहले वायोमर्स से अत्यधिक मात्रा में डेटा प्राप्त किया गया था, और उन्हें अभी तक संसाधित नहीं किया गया है। उनके प्रसंस्करण के लिए वित्तपोषण प्राप्त करना बेहद कठिन है। आमतौर पर हर कोई कहता है: “आपको नए डेटा के साथ कुछ नया और दिलचस्प करने की ज़रूरत है! पुराने डेटा के साथ समय पर वापस जाने और गड़बड़ करने की ज़रूरत नहीं है! ” लेकिन बहुत सारी मूल्यवान चीजें हैं! लेकिन केवल कांग्रेस को उपकरण दें।

हर कोई उपकरण प्यार करता है। और नासा को एक और कार्ल सागन की जरूरत है। कार्ल के पास लोगों को हमारी खोजों का सम्मान करने के लिए लोगों को समझाने की प्रतिभा थी, न कि सिर्फ उन मशीनों की जो इन खोजों को संभव बनाती थीं।