¿Qué profundidad tiene la Gran Mancha Roja?

La atmósfera no es una simple superficie esférica de dos dimensiones. También debe considerar la convección hacia arriba o hacia abajo de la atmósfera.

Consideremos la siguiente situación: un cilindro circular con flujo de calor hacia el sistema exactamente en la parte inferior central del cilindro. Así que hay convección hacia arriba cerca del eje central del cilindro y hay convección hacia abajo cerca del exterior del cilindro. El flujo aerodinámico fluye suavemente hacia arriba en el medio y hacia abajo desde el exterior. Entonces, cuando ves desde arriba, es como una línea radial que se mueve hacia afuera.

Como la mancha roja se parece más a una espiral que a un vórtice, ahora imaginemos que, en lugar de moverse directamente hacia arriba, la línea aerodinámica se mueve en espiral alrededor del eje central durante un poco menos de una vuelta, por lo que debe girar en espiral en la superficie superior para poder para completar el giro restante para cerrar la línea de corriente. Ahora, cuando lo veas desde arriba, deberías poder ver la espiral como el asador rojo desde arriba.

Entonces, ¿por qué no se crea un vórtice? Creo que el punto clave es que la línea aerodinámica se mueve perfectamente hacia abajo a lo largo de su límite de circunferencia exterior. Esta característica también es válida para otras formas cilíndricas (o una parte de la cónica). Por lo tanto, es posible combinarlos de alguna manera para formar una capa esférica como la atmósfera. A lo largo de este límite imaginario, todas las líneas de corriente apuntan hacia abajo y ninguna línea de corriente apunta paralela a la superficie, por lo que no se crea un nuevo vórtice.

No tengo una buena comprensión sobre vórtice/antivórtice, pero creo que el vórtice se crea debido a la línea de corriente opuesta cerca de un punto. También me suena extraño, ya que nunca veo un par de tornados en el hemisferio norte y sur de la Tierra.

Es posible que haya encontrado al menos una respuesta parcial a mi propia pregunta en este artículo de revisión:

Vasavada, AR; Showman, A. (2005). " Dinámica atmosférica joviana: una actualización después de Galileo y Cassini ". Informes sobre el progreso de la física 68(8)

Se desconoce el grosor de los vórtices de Júpiter, pero los argumentos dinámicos sugieren que son delgados en comparación con un radio planetario. La rápida evolución y la corta vida dinámica de la mayoría de los vórtices jovianos argumentan en contra de que sean columnas de Taylor que penetran a través de la envoltura molecular. Además, el flujo de aire no zonal que ocurre en estos vórtices violaría el teorema de Taylor-Proudman, especialmente para los vórtices más grandes como la Gran Mancha Roja, si fueran columnas de Taylor. Las mediciones de temperatura de la troposfera superior y la estratosfera inferior implican que la mayoría de los vórtices grandes se extienden solo de 2 a 4 alturas de escala (40 a 80 km) por encima de las nubes (Conrath et al.1981). Una serie reciente de simulaciones numéricas cuasi-geostróficas de múltiples capas realizadas por Dritschel y sus colegas (Dritschel y de la Torre Juarez 1996, Dritschel et al 1999, Reinaud et al 2003) muestran que los vórtices tridimensionales geostróficamente equilibrados tienden a ser baroclínicamente inestables si su espesor excede su ancho por un factor mayor que$∼f/N$, dónde$f$es el parámetro de Coriolis y$N$es la frecuencia Brunt-Väisälä. En la troposfera subnube de Júpiter, el calentamiento latente asociado con la condensación del agua podría producir una frecuencia característica de Brunt-Väisälä ∼0,002$\text{s} ^{−1}$. Si es así, los vórtices como la Gran Mancha Roja y los Óvalos Blancos probablemente se extiendan a menos de 500 km por debajo de las nubes.

(Énfasis original.) No entiendo toda la terminología anterior, pero en contexto lo interpreto como diciendo que el GRS probablemente no es el final de un vórtice lineal que se extiende profundamente en el planeta, sino que es un vórtice cerrado bastante poco profundo que no No penetrará en la capa de hidrógeno metálico. (500 km es un número grande pero es bastante pequeño en comparación con las dimensiones observables de la mancha roja, que son del orden de 10.000 km.) Pero al mismo tiempo el lenguaje es bastante cerrado y tengo la impresión de que esto no es un caso cerrado.

En general, es interesante lo poco que se sabe sobre los flujos en el interior de Júpiter, y al hojear este documento parece que la opinión está bastante dividida sobre si las características que podemos observar están confinadas a una capa superficial poco profunda o si son solo la parte visible de estructuras mucho más profundas. Parece un campo muy interesante con mucho espacio para sorpresas.

Anexo: me encontré por casualidad con este agradable video de demostración , que muestra la formación de "vórtices de panqueque" aplanados en flujos rotativos estratificados. Hace la afirmación de pasada de que el GRS es una estructura de este tipo. Esta demostración hace que la idea de que el GRS no sea particularmente profundo me parezca muy plausible.