Гравитационные волны уличили во влиянии на термосферу

Гравитационные волны играют значительную роль не только на поверхности океана, но и в верхних слоях атмосферы

Иллюстрация: MODIS

Группа ученых во главе с Ханьли Лю (Hanli Liu) из Национального центра атмосферных исследований (США) пришла к неожиданному выводу, что гравитационные волны могут отвечать за важные процессы, происходящие в термосфере. Соответствующая работа опубликована в журнале Geophysical Research Letters, а с ее кратким изложением знакомит Национальный центр атмосферных исследований.

Исследователи создали новую модель распространения гидродинамических гравитационных волн в атмосфере, обладающую высокой степенью детализации этого процесса. Для этого они взяли стандартную климатологическую модель развития атмосферных процессов и повысили её разрешение чуть более чем на порядок. Если ранее для нее были неразличимы события размерами менее 200 км, то обновленная модель имеет возможность обсчитывать значительно более мелкие объекты, из-за чего для обеспечения ее работы приходится привлекать суперкомпьютер Национального центра атмосферных исследований.

Гравитационными волнами в гидродинамике, изучающий движение идеальных и реальных жидкости и газа, называется разновидность волн на поверхности среды. Такие волны возникают, когда какая-то сила деформирует поверхность, а сила тяжести возвращает деформированную поверхность в состояние равновесия. Подобные волны можно наблюдать на поверхности жидкости (океан), однако они присутствуют и в атмосфере. Такие гравитационные волны в гидродинамике не следует смешивать с гравитационными волнами в астрофизике, где под ними подразумеваются гипотетические волна гравитации, возмущение гравитационного поля.
Используя доработанную модель Лю и соавторы показали, что тропические циклоны значительных размеров должны создавать гидродинамические гравитационные волны за счет быстрого передвижения плотных воздушных масс вверх-вниз, выводящую из равновесного состояния прилегающие к ним слои атмосферы. В свою очередь гравитационное поле Земли заставляет перемещенный воздух вернуться в исходное состояние, близкое к равновесному, образуя в на первый взгляд незаметные воздушные волны.

Будучи чрезвычайно слабыми, они не играют существенной роли для нижних 100 километров земной атмосферы. Однако начиная с термосферы, лежащей выше 85 километров, ситуация резко меняется. Согласно итогам моделирования, именно гравитационные волны являются главной причиной динамики крайне разряженной газовой оболочки на этих высотах:

Возмущения в термосфере, способные поставить под угрозы функциональность спутников и других космических аппаратов, а также искажать GPS-сигналы вместе с радиопередачами, исследуются уже довольно давно. Однако ранее считалось, что единственным внешним фактором, определяющим поведение термосферы является солнечная активность, вносящая в нее заряженные частицы и ведущая к их массовому перетоку из одних регионов термосферы в другие,

Если же группа Лю корректно интерпретировала итоги своего моделировании, это верно лишь в случае пиков солнечной активности. А вот в период солнечного минимума гравитационные волны от атмосферных циклонов должны играть более существенную роль, чем солнечный ветер. Таким образом мониторинг влияния гидродинамических гравитационных волн на орбитальные спутниковые группировки может иметь большое практическое значение.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.