Mire keresik a választ a magyar űrhajóssal az ELTE kutatói?
Milyenek a légköri áramlási viszonyok Naprendszerünk különböző bolygóin, holdjain? Mára az űrszondás és távcsöves méréseket jól kiegészítik a számítógépes áramlástani szimulációk, sőt laboratóriumi kísérletek is, de az űrben, súlytalansági körülmények között eddig nem vizsgálhatták e folyamatokat.
A DiRoS (Differential Rotation on a Sphere / Differenciális Forgás egy Gömbön) folyadékdinamikai kísérletet az ELTE Fizikai és Csillagászati Intézet Kármán Környezeti Áramlástani Laboratóriuma (Vincze Miklós, az Anyagfizikai Tanszék docense vezetésével) és az SGF Kft. egy munkacsoportja (Vizi Pál Gábor vezetésével) dolgozta ki közösen.
A Kármán-laboratórium kutatási profilja a bolygóléptékű légköri és óceáni áramlások kísérleti modellezése. Ebbe a tárgykörbe illeszkedik a DiRoS-kísérlet is, amelynek fő célja, hogy jobban megértsük a nagy gázbolygók légkörének dinamikáját.
A kutatók például jó ideje tudják, hogy a Szaturnusz – mint a többi gázbolygó (és amúgy a Nap is) – differenciálisan forog tengelye körül, vagyis az egyenlítői területei gyorsabban megfordulnak, mint sarkvidéki részei. Márpedig különböző sebességgel körbeáramló gázok vagy folyadékok határán nyírás lép fel, s ekkor megfelelő körülmények között szabályos hullámalakzatok alakulhatnak ki – ezért láthatunk a Szaturnusz északi sarkvidékén egy 30 000 km átmérőjű, tökéletesen szabályos hatszög alakú ciklont. Hasonló jelenséget mutat be az alábbi videó a Kármán-laborból:
A fent látható egyszerű kísérletben rózsaszínesre festett vizet töltöttek egy speciális "vödörbe", amelynek az alját forgatták, míg függőleges oldalfala egyhelyben állt. A nyírást itt tehát az okozza, hogy a folyadék közepe a forgó aljzattal igyekszik együtt mozogni, ám az álló fal mentén levő folyadékelemek azzal érintkezve lefékeződnek. A két hatás eredőjeként ez esetben szabályos háromszögletű örvény alakul ki és válik jól láthatóvá a vízfelszínen.
Mivel a Szaturnusz – eltérően a „vödörtől” – közel gömb alakú, így ennek a konfigurációnak a vizsgálatához differenciálisan forgatott, ám gömb alakú szabad vízfelszínre van szükség – vagyis egy hatalmas cseppre. Ilyen kísérlet a Földön nem végezhető el, súlytalansági körülmények között azonban igen! A világűrben lehetséges gömb alakú szabad vízfelszínt létrehozni, hiszen a kiöntött víz maga is gömbalakot vesz fel a felületi feszültségnek köszönhetően.
A DiRoS program keretében megalkotott kísérleti platform lehetővé teszi az űrhajósnak, hogy a ráhelyezett vízcseppet differenciálisan forgassa, a beleszórt jelzőrészecskék áramlásáról pedig videófelvételeket készítsen, melyek hozzájárulhatnak az óriásbolygók légkörzésének – és részben a földi légkör áramlási instabilitásainak – jobb megértéséhez.
A HUNOR-program hivatalos videója a kísérletről
Vincze Miklós korábbi AtomCsill-előadása a témában (is)
Fotó: Kapu Tibor az Európai Űrügynökségnél a Columbus modullal ismerkedik / HUNOR – Magyar Űrhajós Program