Nguồn gốc của những gợn sóng bí ẩn được gọi là lực hấp dẫn sóng trên bầu trời Nam Cực lần đầu tiên được phát hiện
Các nhà khoa học phát hiện lực hấp dẫn sóng ở trên Nam Cực bầu trời năm 2016 Sóng trọng lực, trước đây chưa được biết đến, là đặc điểm của những gợn sóng lớn liên tục quét qua bầu khí quyển phía trên Nam Cực trong khoảng thời gian 3-10 giờ. Những sóng này được biết là xảy ra thường xuyên và lan truyền khắp bầu khí quyển Trái đất và chúng cũng có xu hướng biến mất sau một khoảng thời gian. Tuy nhiên, phía trên Nam Cực những làn sóng này rất dai dẳng như đã thấy trong các quan sát định kỳ của các nhà khoa học. Chúng được gọi là 'sóng trọng lực' vì chúng chủ yếu được hình thành bởi lực của trái đất lực hấp dẫn và vòng quay của nó và chúng trải dài 3000 km trong tầng trung lưu. Các lớp chính của bầu khí quyển Trái đất là tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng trung lưu và tầng nhiệt điện là lớp xa nhất. Vào thời điểm đó trong năm 2016, các nhà nghiên cứu vẫn chưa thể hiểu được nguồn gốc của những làn sóng này. Tuy nhiên, điều quan trọng là xác định chính xác nguồn gốc của sóng trọng lực để hiểu được mối liên hệ giữa các lớp khác nhau trong bầu khí quyển Trái đất, từ đó có thể cung cấp cho chúng ta thông tin có giá trị về cách không khí lưu thông xung quanh chúng ta. hành tinh.
Truy tìm nguồn gốc của sóng trọng lực
Trong một nghiên cứu công bố Tạp chí nghiên cứu địa vật lý, cùng một nhóm các nhà nghiên cứu đã kết hợp các quan sát thời gian thực của họ với thông tin và mô hình lý thuyết để tạo ra manh mối về sóng hấp dẫn1. Họ đề xuất hai cách giải thích khả dĩ cho nguồn gốc có thể xảy ra (chúng được hình thành như thế nào và ở đâu) của các sóng hấp dẫn 'liên tục' này. Đề xuất đầu tiên là những sóng này hoặc bắt nguồn từ các sóng cấp thấp hơn nhỏ hơn ở tầng khí quyển bên dưới tầng trung lưu tức là tầng bình lưu (30 dặm trên bề mặt Trái đất). Những cơn gió thổi xuống các ngọn núi tạo lực đẩy cho các sóng trọng lực ở mức độ thấp hơn này, khiến chúng phát triển lớn hơn và cuối cùng sóng di chuyển lên cao hơn vào bầu khí quyển. Khi sóng hấp dẫn chạm đến cuối tầng bình lưu, chúng vỡ ra và bị kích thích giống như những gợn sóng trong đại dương, từ đó tạo ra những làn sóng lớn hơn với chiều dài ngang lên tới 2000 km (trong khi các sóng nhỏ hơn ở phía dưới có chiều dài 400 dặm) và lan rộng đến tầng trung lưu. Phương tiện hình thành đặc biệt này có thể được gọi là 'tạo sóng thứ cấp'. Các tác giả quan sát thấy rằng sóng thứ cấp được hình thành dai dẳng hơn vào mùa đông so với các thời điểm khác và do đó được cho là xảy ra ở vĩ độ trung bình đến vĩ độ cao ở cả hai bán cầu. Một khả năng thứ hai được các nhà nghiên cứu đề xuất là sóng trọng lực bắt nguồn từ dòng xoáy cực. Vòng xoáy này là một vùng áp suất thấp quay và chiếm lấy bầu trời Nam Cực trong mùa đông. Dạng gió và thời tiết này lưu thông vào mùa đông quanh Nam Cực. Những cơn gió quay tốc độ cao như vậy có thể làm thay đổi các sóng trọng lực ở mức độ thấp khi chúng di chuyển lên trên trong khí quyển hoặc thậm chí có thể tạo ra các sóng thứ cấp. Các tác giả tuyên bố rằng một trong những đề xuất của họ về nguồn gốc của sóng hấp dẫn có thể chính xác và một kết luận cụ thể vẫn có thể cần nghiên cứu thêm.
Nghiên cứu ở Nam Cực lạnh giá
Để hiểu nguồn gốc của mệnh đề đầu tiên, lý thuyết về sóng hấp dẫn thứ cấp của Vadas đã được xem xét cùng với mô hình có độ phân giải cao do các nhà nghiên cứu phát triển và sau đó một lý thuyết đã được hình thành. Các nhà nghiên cứu đã chạy các mô hình, mô phỏng và tính toán trên máy tính. Họ cũng sử dụng hệ thống lắp đặt lidar – một phương pháp đo dựa trên tia laser – nhờ đó họ có thể sống sót trong những cơn gió lạnh mạnh và nhiệt độ dưới 0 ở Nam Cực. Chương trình Nam Cực của Hoa Kỳ và chương trình Nam Cực của New Zealand đã tài trợ cho họ trong thời gian tám năm ở Nam Cực. Hệ thống lidar rất mạnh mẽ và chắc chắn, có khả năng xác định nhiệt độ và mật độ trên các vùng khác nhau của khí quyển. Nó có thể ghi lại thành công những nhiễu loạn do sóng trọng lực gây ra. Kỹ thuật này rất hữu ích trong việc ghi lại các vùng khí quyển khó quan sát nhất. Nghiên cứu về sóng khí quyển ở Nam Cực rất quan trọng để ứng biến các mô hình liên quan đến khí hậu và thời tiết có thể được sử dụng cho cả mục đích nghiên cứu và ghi dữ liệu theo thời gian thực. Ngay cả năng lượng và động lượng của sóng trọng lực cũng có thể được đo bằng hệ thống lidar mạnh mẽ.
Nghiên cứu này cho thấy sóng trọng lực ảnh hưởng đến sự lưu thông không khí toàn cầu trong khí quyển, sau đó ảnh hưởng đến nhiệt độ và sự chuyển động của các hóa chất ảnh hưởng đến biến đổi khí hậu. Các mô hình khí hậu hiện có không giải thích được hoàn toàn năng lượng của các sóng này. Điều quan trọng là phải tìm hiểu thêm về tầng bình lưu để hiểu được tác động lên tầng ozone, tầng này chủ yếu được tìm thấy ở vùng thấp hơn của tầng bình lưu. Sự hiểu biết rõ ràng về sóng trọng lực, đặc biệt là cách tạo ra sóng thứ cấp có thể giúp chúng ta cải thiện các mô hình mô phỏng tính toán hiện tại. Các tác giả thừa nhận các lý thuyết song song khác có sẵn2 từ năm 2016 cho thấy rằng sự rung động của thềm băng Ross ở Nam Cực do sóng biển gây ra có thể là nguyên nhân tạo ra những gợn sóng và gợn sóng trong khí quyển. Nghiên cứu hiện tại đã giúp hình thành một bức tranh rõ ràng về hành vi của khí quyển toàn cầu mặc dù vẫn còn nhiều bí ẩn cần được giải đáp. Sự kết hợp giữa quan sát và mô hình máy tính có thể giúp làm sáng tỏ thêm nhiều bí mật về vấn đề này vũ trụ.
***
Nguồn
1. Xinzhao C và cộng sự. 2018. Quan sát Lidar về sóng trọng lực tầng bình lưu từ năm 2011 đến năm 2015 tại McMurdo (77.84 °S, 166.69°E), Nam Cực: Phần II. Mật độ năng lượng tiềm năng, phân phối chuẩn log và các biến đổi theo mùa. Tạp chí Nghiên cứu Địa vật lý. https://doi.org/10.1029/2017JD027386
2. Oleg A và cộng sự. 2016. Rung động cộng hưởng của thềm băng Ross và quan sát sóng khí quyển dai dẳng. Tạp chí Nghiên cứu Địa vật lý: Vật lý vũ trụ.
https://doi.org/10.1002/2016JA023226
***
