پرش هیدرولیکی اتفاق چندان عجیبی نیست. نمونهای روزمره از این پدیده که عامل شکلگیری ابرهای اسیدی در نزدیکی سیاره زهره | دومین سیاره منظومه شمسی و خواهر زمین است را میتوان در جریان آبی که از شیر آب به درون سینک ظرفشویی میریزد، مشاهده کرد.
پرش هیدرولیکی؛ علت پدید آمدن ابرها در سیاره زهره
توده عظیمی از ابر به طول ۳۷۰۰ مایل یا ۶۰۰۰ کیلومتر که هر چند روز یکبار دور سیاره زهره میچرخد، زمانی شکل میگیرد که بخار اسید سولفوریک به لایههای بالاتر جو رانده میشود. این فرایند در واقع همان پدیدهای است که باعث پخش شدن آب جاری از شیر پس از برخورد با کف سینک میشود.
در سال ۲۰۱۶، طی ماموریت آکاتسوکی آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن (JAXA) این نوار ابری در ارتفاع حدود ۳۱ مایلی یا ۵۰ کیلومتری در جو متراکم زهره کشف شد. این سامانه جوی با خط استوای سیاره همراستا است، اما دانشمندان تا آن روز نتوانسته بودند دلیل اندازه عظیم، سرعت بالا و لبه جلویی بهطرز چشمگیری تیز آن را توضیح دهند.
بااینحال، این معما تنها ده سال دوام آورد. یک تیم بینالمللی از اخترشناسان با ساخت مدلهای ریاضی برای توصیف جریان پویای گازها و نحوه بالا آمدن تودههای گازی، اکنون منشا این پدیده عظیم جوی را مشخص کردهاند. پاسخ، پدیدهای به نام پرش یا جهش هیدرولیکی است؛ رخدادی که وقتی یک گاز یا سیال کمعمق اما با سرعت حرکت بالا، ناگهان کند شده و همزمان عمق بیشتری پیدا میکند، اتفاق میافتد.
همانطور که گفتهشد، نمونه پرش هیدرولیکی را میتوان در آب جاری از شیر در سینک آشپزخانه مشاهده کرد؛ آب در لحظه برخورد با کف سینک کمعمق و پرسرعت است، اما با پخش شدن روی سطح، خیلی زود عمیقتر و کندتر میشود.
پدیده مشابه جاری شدن آب در سینک ظرفشویی در سیاره زهره
در جو سیاره زهره نیز پدیدهای مشابه رخ میدهد. تمام جو این سیاره تقریبا از دیاکسید کربن تشکیل شده و در کنار مقدار اندکی نیتروژن، ردی از گازهای دیگر مثل دیاکسید گوگرد هم در آن وجود دارد؛ گازی که میتواند ابر ایجاد کند.
بالاتر از سطح سوزان زهره، موجی جوی به سمت شرق حرکت میکند. این موج از نوع «موج راسبی یا سیارهای» است؛ یعنی هزاران کیلومتر امتداد دارد و در ناحیه استوایی سیاره متمرکز است. قطر خود زهره ۷۵۲۰ مایل یا ۱۲۱۰۴ کیلومتر است؛ بنابراین موجی با عرض ۳۷۰۰ مایل یا ۶۰۰۰ کیلومتر، ابعادی واقعا چشمگیر دارد.
روی زمین، چنین موجی را موج کلوین مینامیم؛ امواجی که میتوانند هم در اقیانوس و هم در جو شکل بگیرند. البته زهره با دمای سطحی بیش از ۸۶۰ درجه فارنهایت یا ۴۶۰ درجه سانتیگراد، اقیانوسی ندارد و موج کلوین آن صرفا در جو شکل میگیرد.
زمانیکه موج کلوین زهره کند میشود، یک جهش هیدرولیکی ایجاد شده و باعث بالا رفتن جریان صعودی نیرومندی از بخار اسید سولفوریک تا ارتفاع حدود ۳۱ مایلی میشود. جایی که بخار متراکم شده و تودهای از ابرهای اسید سولفوریک با ابعادی بسیار عظیم را تشکیل میدهد. این ابرها سپس تا پشت موج کلوین که لبه جلویی نوار ابری را مشخص میکند، کشیده میشوند.
توضیح علت آشفتگی ابری در سیاره زهره
تاکشی ایمامورا، سرپرست پژوهش مربوط به پرش هیدرولیکی از دانشگاه توکیو، در بیانیهای گفت: «اکنون میتوانیم نشان دهیم که این آشفتگی ابری ناشی از بزرگترین جهش هیدرولیکی شناختهشده در منظومه شمسی است. نکته شگفتانگیز و غیرمنتظره اینجاست که این پرش در زهره، حرکتی افقی و بسیار گسترده در جو را به جریانی عمودی، متمرکز و نیرومند وصل میکند. در دینامیک سیالات، این دو نوع حرکت معمولا ارتباط مستقیمی با هم ندارند.»
این کشف اولین تجربه شناسایی پدیده جهش هیدرولیکی در جایی غیر از سیاره زمین است. بنابراین عجیب نیست که جهش هیدرولیکی زهره، رفتاری غیرمنتظره از خود نشان میدهد. این اتفاق همچنین یادآوری میکند که پدیدههای جوی در سیارات دیگر میتوانند تفاوتی چشمگیر با آنچه روی زمین تجربه میکنیم، داشته باشند.
تفاوت در جو زمین و زهره؛ علت تفاوت در پدیدهها
جو زهره تفاوت زیادی با جو زمین دارد. جو این سیاره سرشار از دیاکسید کربن فشرده است، آنقدر فشرده که فشار سطحی خردکنندهای معادل ۹۲ بار ایجاد میکند و بهصورت ابرچرخان به دور سیاره میگردد. گردش این گاز دور سیاره، بهگونهای است که تنها در چهار روز زمینی یک دور کامل به دور سیاره میزند، درحالیکه بدنه جامد زهره برای یک چرخش کامل به ۲۴۳ روز نیاز دارد. این کشف همچنین شکاف علمی در درک ما از جو متراکم زهره را پر میکند.
ایمامورا در ادامه میگوید: «ما تا امروز، از یک مدل گردش عمومی برای زهره استفاده میکردیم که مشابه مدلهای زمین است، اما این مدل پرش هیدرولیکی که اکنون شناسایی کردهایم را در نظر نمیگیرد. گام بعدی ما این است که این کشف را با یک مدل اقلیمی جامعتر که سایر فرایندهای جوی را هم شامل میشود، بررسی کنیم. البته بهدلیل توان پردازشی بسیار بالایی که اجرای چنین شبیهسازیهایی نیاز دارد، با چالشهایی روبهرو خواهیم بود و حتی با ابررایانههای امروزی هم این کار به سادگی انجام نمیشود.»
