[논문 리뷰] Jupiter's North Equatorial Belt and Jet, I, Cyclic expansions and planetary waves

John Rogers|arXiv (Cornell University)|2017. 07. 11.

Astro and Planetary Science참고 문헌 12인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 1986년에서 2010년 사이에 목성의 북적도대(NEB)를 분석하여, 순환적 팽창(NEEs)이 행성 로시비 파동에 의해 유도된다고 제안한다. 밝은 갈라짐이 어두운 형성물을 방해하고 북쪽으로 어두운 물질을 분사함으로써 팽창을 유도하며, 파동 유사한 특징(120 m/s)이 주요 항공기 동역학에 겹쳐진 고주파 파동을 나타내며, 이는 로시비 파동 이론과 기체 표면 바람 속도와 일치한다.

ABSTRACT

This article presents a synopsis of the activity in Jupiter's North Equatorial Belt (NEB) from 1986 to 2010, and of the speeds of dark formations on its south edge and bright streaks ('rifts') in its interior. In particular I discuss NEB expansion events (NEEs), which took place every 3-5 years during this time, and how the various features of the NEB are involved in them. I present evidence that the NEE affects not just the northern edge, but the whole width of the belt. It begins with an outbreak of a bright rift that is more northerly and slower-moving than usual; this is often involved with the first ejection of dark material northwards into the N. Tropical Zone, but typically the rift also expands southwards across the width of the NEB. NEBs dark formations are usually affected, as they are during individual interactions with rifts at other times; they may be disrupted, or intensified, and they usually undergo deceleration. The expansion of the dark NEB to the north occurs concurrently, and is followed by the appearance of new dark 'barges' and white ovals flanking the NEBn jet. The speed of the NEBs dark formations varies with their mean spacing, consistent with the prevailing hypothesis that they are planetary Rossby waves. In most apparitions since 2000 we have also detected smaller, faster features (120 m/s). I propose that these represent waves of the same type, but with higher frequency, and that their speed is slightly less than the true wind speed at cloud-top level under normal conditions.

연구 동기 및 목표

• 1986년에서 2010년 사이에 목성의 북적도대(North Equatorial Belt)에서 발생하는 순환 팽창 사건(NEEs)을 조사하는 것.
• 밝은 갈라짐과 어두운 형성물이 NEB 팽창을 유도하고 전파하는 데 수행하는 역할을 규명하는 것.
• 어두운 형상의 속도와 간격 간의 관계를 검토하여 행성 파동 가설을 시험하는 것.
• 더 빠르게 움직이는 형상(120 m/s)을 식별하고 특성화하며, 이들을 고주파 로시비 파동 모드와 연결하는 것.
• NEB 역학이 북쪽 가장자리뿐 아니라 전체 너비에 걸쳐 영향을 미치는지 평가하는 것.

제안 방법

• 1986년에서 2010년까지 지상 및 항공 관측 자료의 시각적 및 영상 데이터 분석.
• NEB의 남쪽 가장자리와 내부에서 어두운 형성물과 밝은 갈라짐을 추적하여 속도와 공간 패턴 측정.
• 형상 속도와 평균 간격 간의 상관관계를 분석하여 행성 로시비 파동 가설을 시험하는 것.
• NEB 팽창 사건(NEEs)에 대해 반복되는 3~5년 주기 식별.
• 관측된 형상 속도(예: 120 m/s)를 기체 표면 수준의 예상 항공기 바람 속도와 비교하는 것.
• 관측 자료를 활용하여 NEB 전체 너비에 걸친 파동 역학과 전파 메커니즘을 추론하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 목성의 북적도대(NEB)의 순환 팽창(NEEs)은 무엇에 의해 유도되며, 얼마나 자주 발생하는가?
• RQ2 NEB 팽창 사건 동안 밝은 갈라짐과 어두운 형성물은 어떻게 상호작용하는가?
• RQ3 NEB 팽창은 북쪽 가장자리뿐 아니라 전체 너비에 걸쳐 어느 정도 영향을 미치는가?
• RQ4 어두운 형상의 속도는 그 간격과 어떻게 상관관계가 있으며, 이는 파동 역학에 대해 어떤 의미를 갖는가?
• RQ5 2000년 이후 관측된 더 빠르게 움직이는(120 m/s) 형상의 성격은 무엇이며, 행성 로시비 파동과 어떻게 관련되어 있는가?

주요 결과

• 1986년에서 2010년 사이에 NEB 팽창 사건(NEEs)은 매 3~5년마다 발생하였으며, 일반적으로 더 북쪽에 위치하고 평균보다 느리게 움직이는 밝은 갈라짐에 의해 시작되었다.
• 팽창 과정는 북쪽으로 어두운 물질이 북적도대역으로 분사되는 것과 함께 NEB 전체 너비에 걸쳐 남쪽으로 팽창하는 것을 포함한다.
• NEB 내 어두운 형성물은 갈라짐 상호작용 기간 동안 일반적으로 파괴되거나 강화되며, 감속 현상을 겪는다.
• 어두운 형상의 속도는 그 평균 간격과 체계적으로 상관관계가 있으며, 이는 이들이 행성 로시비 파동일 가능성을 뒷받침한다.
• 2000년 이후로는 일관되게 약 120 m/s 속도로 움직이는 더 빠른 형상이 관측되었으며, 이는 고주파 파동 모드가 존재함을 시사한다.
• 이러한 더 빠른 형상들은 일반 조건 하에서 진짜 기체 표면 바람 속도보다 略로 빠른 속도로 움직이는 로시비 파동으로 추론된다.