Ученые обнаружили, что атмосфера Земли звенит как колокол

Группа исследователей из Гавайского университета и Университета Киото обнаружила, что атмосфера нашей планеты звенит подобно гигантскому колоколу.

По мнению ученых, энергия, проходящая через небеса, порожденная изменениями атмосферного давления и гравитационным притяжением небесных тел, таких как Луна и Солнце, создает волны, которые резонируют вокруг планеты подобно тому, как звуковые волны резонируют в колоколе. Несмотря на то, что они имеют разную природу, принцип действия во многом схож.

Как выяснили исследователи, атмосферные волны не поднимаются и не разбиваются так резко, как их океанские собратья. Тем не менее, они вполне узнаваемы, если знать, куда смотреть: подвижные карманы компактного воздуха длиной в тысячи километров.

Предыдущие исследования были сосредоточены на локализованных пространствах и ограниченных временных масштабах, позволяя обнаружить эти небесные волны длиной от 1 000 до 10 000 км и с периодичностью в несколько часов.

Но теперь ученым удалось значительно расширить эту возможность с помощью базы данных погоды ERA5, которая предоставляет почасовые оценки многих глобальных атмосферных, земных и океанических переменных в течение пяти дней в режиме реального времени и содержит проверенные исторические наборы наблюдений.

Используя эти данные, авторы нового исследования, Кевин Гамильтон (Гавайский университет) и Такатоши Сакадзаки (Киотский университет), изучали статистику атмосферного давления в течение 38 лет, уделяя основное внимание волнам с частотой от 2 до 33 часов и длиной более 5 000 километров, которые проходят вокруг земного шара со скоростью более 1 000 километров в час.

Это позволило ученым заметить, что когда волны движутся через воздух на определенной высоте и скорости, они резонируют в атмосфере, создавая явление, подобное тому, как звуковые волны резонируют внутри колокола.

"Мы рассматриваем очень красивое изображение, показанное здесь, как пространственный звуковой "портрет" нашей атмосферы, звенящей как колокол! Стоит отметить, что антисимметричные модуляции проявляются на этом рисунке даже более отчетливо, чем симметричные, особенно это касается гравитационных модуляций."

Интересно, что новое исследование, представленное Гамильтоном и Сакадзаки, подтвердило теорию 19 века. Открытие подтвердило теорию глобальных колебаний, предложенную в 19 веке в работе французского физика и математика Пьера-Симона Лапласа.

По словам исследователей, наблюдаемые нами глобальные частоты и закономерности совпадают с теоретически предсказанными.

"Очень интересно наблюдать, как видение Лапласа и других физиков-первопроходцев полностью подтверждается спустя два столетия", - сказал Сакадзаки в своем заявлении.

Новое исследование описывает, как группа исследователей выявила десятки предсказанных волновых форм, включая волны Россби, которые являются низкочастотными и распространяются в западном направлении. Исследователи также выявили наличие волн Кельвина, распространяющихся в восточном направлении.

"Наша идентификация такого количества звуковых волн в реальных данных показывает, что атмосфера действительно звенит как колокол", - сказал Гамильтон, соавтор исследования.

"Это, наконец, решает давний и классический вопрос в науке об атмосфере, но это также открывает новый путь для исследований, чтобы понять как процессы, которые возбуждают волны, так и процессы, которые действуют, чтобы гасить волны".

Исследование было опубликовано в журнале Journal of the Atmospheric Sciences.