Atmospheric circulation of exoplanets
ಒಂದು ಗ್ರಹದ ವಾಯುಮಂಡಲದ ಪರಿಚಲನೆಯು ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಪ್ರಶ್ನಾರ್ಹವಾದ ಗ್ರಹಕ್ಕೆ ನಿರ್ದಿಷ್ಟವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಎಕ್ಸೋಪ್ಲಾನೆಟ್ಗಳ ವಾತಾವರಣದ ಪರಿಚಲನೆಯ ಅಧ್ಯಯನವು ಹೊಸ ಕ್ಷೇತ್ರವಾಗಿದೆ ಏಕೆಂದರೆ ಎಕ್ಸೋಪ್ಲಾನೆಟ್ ವಾತಾವರಣದ ನೇರ ಅವಲೋಕನಗಳು ಇನ್ನೂ ವಿರಳವಾಗಿವೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ದ್ರವದ ಚಲನಶಾಸ್ತ್ರದ ಮೂಲಭೂತ ತತ್ವಗಳನ್ನು ಪರಿಗಣಿಸುವ ಮೂಲಕ ಮತ್ತು ವಿವಿಧ ಸೀಮಿತಗೊಳಿಸುವ ಊಹೆಗಳನ್ನು ಹೇರುವ ಮೂಲಕ, ವಾತಾವರಣದ ಚಲನೆಗಳ ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ತಿಳುವಳಿಕೆಯನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಬಹುದು. ಈ ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ಚೌಕಟ್ಟನ್ನು ಸೌರವ್ಯೂಹದೊಳಗಿನ ಗ್ರಹಗಳಿಗೂ ಅನ್ವಯಿಸಬಹುದು ಮತ್ತು ಸಿದ್ಧಾಂತವನ್ನು ಮೌಲ್ಯೀಕರಿಸಲು ಮತ್ತು ಅದರ ಮಿತಿಗಳನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು ಎಕ್ಸೋಪ್ಲಾನೆಟ್ಗಳಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿ ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಲಾದ ಈ ಗ್ರಹಗಳ ನೇರ ವೀಕ್ಷಣೆಗಳೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಸಬಹುದು. ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ಚೌಕಟ್ಟು ಮೊದಲು ದ್ರವ ಚಲನೆಯ ಆಡಳಿತಾತ್ಮಕ ಸಮೀಕರಣಗಳಾದ ನೇವಿಯರ್-ಸ್ಟೋಕ್ಸ್ ಸಮೀಕರಣಗಳನ್ನು ಪರಿಗಣಿಸುತ್ತದೆ. ನಂತರ, ದೊಡ್ಡ ಪ್ರಮಾಣದ ಚಲನೆಯ ವಾತಾವರಣದ ಚಲನಶಾಸ್ತ್ರಕ್ಕೆ ನಿರ್ದಿಷ್ಟವಾದ ದ್ರವದ ಚಲನೆಯ ಸರಳೀಕೃತ ಮಾದರಿಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲು ಸೀಮಿತ ಊಹೆಗಳನ್ನು ವಿಧಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಸಮೀಕರಣಗಳನ್ನು ನಂತರ ವಿವಿಧ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಿಗೆ ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಬಹುದು (ಅಂದರೆ. ಗ್ರಹದ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು ಅದರ ವಾತಾವರಣದ ಪರಿಚಲನೆಯ ಮೇಲೆ ಹೇಗೆ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ನೋಡಲು ವೇಗವಾದ ಮತ್ತು ನಿಧಾನವಾದ ಗ್ರಹಗಳ ತಿರುಗುವಿಕೆಯ ದರ, ಸ್ಥಿರವಾದ ಶ್ರೇಣೀಕೃತ ಮತ್ತು ಅಸ್ಥಿರವಾದ ಶ್ರೇಣೀಕೃತ ವಾತಾವರಣ). ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಒಂದು ಗ್ರಹವು ಅದರ ತಿರುಗುವಿಕೆಯ ದರದ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಎರಡು ಆಡಳಿತಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದಾಗಬಹುದುಃ ಭೌಗೋಳಿಕ ಸಮತೋಲನ ಅಥವಾ ಸೈಕ್ಲೋಸ್ಟ್ರೋಫಿಕ್ ಸಮತೋಲನ. ವಾಯುಮಂಡಲದ ಚಲನೆಗಳನ್ನು ಪರಿಗಣಿಸುವಾಗ ನಾವು ಗ್ರಹಗಳ ದೇಹವನ್ನು ಉಲ್ಲೇಖದ ಚೌಕಟ್ಟಾಗಿ ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳಲು ಒಲವು ತೋರುತ್ತೇವೆ. ವಾಸ್ತವವಾಗಿ, ಇದು ಅದರ ಅಕ್ಷದ ಸುತ್ತ ಗ್ರಹದ ತಿರುಗುವಿಕೆಯಿಂದಾಗಿ ವೇಗವರ್ಧನೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಜಡತ್ವವಲ್ಲದ ಚೌಕಟ್ಟಾಗಿದೆ. ಕೋರಿಯೋಲಿಸ್ ಬಲವು ಗ್ರಹದ ತಿರುಗುವಿಕೆಯ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಗ್ರಹಗಳ ಚೌಕಟ್ಟಿನೊಳಗೆ ಚಲಿಸುವ ವಸ್ತುಗಳ ಮೇಲೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಬಲವಾಗಿದೆ. ಗಣಿತೀಯವಾಗಿ, ಕೋರಿಯೋಲಿಸ್ ಬಲದಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ವೇಗವರ್ಧನೆಯನ್ನು ಹೀಗೆ ಬರೆಯಬಹುದುಃ ಹರಿವಿನ ವೇಗ ಎಲ್ಲಿದೆ ಎಂಬುದು ಗ್ರಹದ ಕೋನೀಯ ವೇಗ ವಾಹಕವಾಗಿದೆ ಈ ಬಲವು ಹರಿವು ಮತ್ತು ವೇಗ ಮತ್ತು ಗ್ರಹದ ಕೋನೀಯ ವೇಗ ವಾಹಕಕ್ಕೆ ಲಂಬವಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ತಿರುಗುವ ಗ್ರಹದ ವಾತಾವರಣದ ಚಲನೆಯನ್ನು ಪರಿಗಣಿಸುವಾಗ ಕಾರ್ಯರೂಪಕ್ಕೆ ಬರುತ್ತದೆ. ಗಣಿತದ ಮಾದರಿಗಳಾದ ನೇವಿಯರ್-ಸ್ಟೋಕ್ಸ್ ಆವೇಗದ ಸಮೀಕರಣವು ಹರಿವಿನ ಆವೇಗದ ಸಂರಕ್ಷಣೆಯನ್ನು ಈ ಕೆಳಗಿನ ಸಮೀಕರಣದಿಂದ ನೀಡಲಾಗುತ್ತದೆಃ ವಸ್ತುವಿನ ವ್ಯುತ್ಪನ್ನವೆಂದರೆ ಒತ್ತಡ ಎಂದರೆ ಸಾಂದ್ರತೆ ಎಂದರೆ ಗುರುತ್ವಾಕರ್ಷಣೆಯ ವೇಗವರ್ಧನೆಯು ತಿರುಗುವಿಕೆಯ ಅಕ್ಷದಿಂದ ಬರುವ ವಾಹಕವು ಘರ್ಷಣೆಯ ಶಕ್ತಿಯಾಗಿದೆ. ದೊಡ್ಡ ಪ್ರಮಾಣದ ಚಲನೆಗೆ ಸರಳೀಕೃತ ಮಾದರಿ ಮೇಲಿನ ಸಮೀಕರಣವನ್ನು ದೊಡ್ಡ ಪ್ರಮಾಣದ ವಾತಾವರಣದ ಚಲನೆಗೆ ಸೂಕ್ತವಾದ ರೂಪಕ್ಕೆ ಸರಳೀಕರಿಸಬಹುದು. ಮೊದಲನೆಯದಾಗಿ, ವೇಗದ ವಾಹಕವನ್ನು ಗಾಳಿಯ ಮೂರು ಘಟಕಗಳಾಗಿ ವಿಂಗಡಿಸಲಾಗಿದೆಃ ವಲಯ ಗಾಳಿ ಎಲ್ಲಿದೆ, ಮೆರಿಡಿಯನ್ ಗಾಳಿ ಲಂಬ ಗಾಳಿ. ಹೀಗಾಗಿ, ವಲಯ ಮತ್ತು ಮೆರಿಡಿನಲ್ ಗಾಳಿಯ ಸಮೀಕರಣಗಳು ಈ ರೀತಿ ಸರಳೀಕರಿಸುತ್ತವೆಃ ಮತ್ತು ಲಂಬ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿರುವ ಸಮೀಕರಣವು ಹೈಡ್ರೋಸ್ಟಾಟಿಕ್ ಸಮತೋಲನ ಸಮೀಕರಣಕ್ಕೆ ಸರಳೀಕರಿಸುತ್ತದೆಃ ಇಲ್ಲಿ ನಿಯತಾಂಕವು ಕೇಂದ್ರಕ ಬಲದ ಲಂಬ ಘಟಕವನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಮೇಲಿನ ಸಮೀಕರಣಗಳಲ್ಲಿಃ ಕೋರಿಯೋಲಿಸ್ ನಿಯತಾಂಕ, ಅಕ್ಷಾಂಶ ಮತ್ತು ಗ್ರಹದ ತ್ರಿಜ್ಯವಾಗಿದೆ. ಉಷ್ಣಬಲ ಸಮತೋಲನವನ್ನು ತಲುಪುವ ಪ್ರಯತ್ನದಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದ ಸ್ಥಳಗಳಿಂದ ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದ ಸ್ಥಳಗಳಿಗೆ ಶಾಖವನ್ನು ಸಾಗಿಸುವುದು ವಾತಾವರಣದ ಹರಿವಿನ ಒಂದು ಪರಿಣಾಮವಾಗಿರುವುದರಿಂದ ಉಷ್ಣಬಲವಿಜ್ಞಾನದ ಪ್ರಮುಖ ಚಾಲಕರು ತಾಪಮಾನದ ಇಳಿಜಾರುಗಳು ಪ್ರಸರಣದ ಚಾಲಕಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದಾಗಿದೆ. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ, ಗ್ರಹಗಳು ಸ್ಥಿರವಾದ ಸ್ತರೀಕೃತ ವಾತಾವರಣವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ. ಇದರರ್ಥ ಲಂಬ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ತಾಪಮಾನದ ಇಳಿಜಾರಿನ ಕಾರಣದಿಂದಾಗಿ ಚಲನೆಯು ಲಂಬ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಒತ್ತಡದ ಇಳಿಜಾರಿನ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ಇದು ಸಮತಲ ತಾಪಮಾನದ ಇಳಿಜಾರುಗಳು (ಸ್ಥಿರ ಒತ್ತಡದ ಮೇಲ್ಮೈಗಳಲ್ಲಿ) ಪರಿಚಲನೆಯನ್ನು ಪ್ರೇರೇಪಿಸುತ್ತದೆ. ಅಂತಹ ತಾಪಮಾನದ ಇಳಿಜಾರುಗಳನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಗ್ರಹದ ವಾತಾವರಣದಾದ್ಯಂತ ಅಸಮವಾದ ತಾಪನ/ತಂಪಾಗಿಸುವಿಕೆಯಿಂದ ನಿರ್ವಹಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಭೂಮಿಯ ಮೇಲೆ, ಸಮಭಾಜಕದಲ್ಲಿ, ವಾತಾವರಣವು ಧ್ರುವಗಳಲ್ಲಿ ಗ್ರಹಿಸುವಷ್ಟು ಹೆಚ್ಚಿನ ನಿವ್ವಳ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಸೂರ್ಯನಿಂದ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಗ್ರಹಗಳ ತಿರುಗುವಿಕೆಯು ಈ ಹಿಂದೆ ಗಮನಿಸಿದಂತೆ, ವಾತಾವರಣದ ಪರಿಚಲನೆಗೆ ಬಂದಾಗ ಗ್ರಹಗಳ ತಿರುಗುವಿಕೆಯು ಮುಖ್ಯವಾಗಿದೆ, ಏಕೆಂದರೆ ಗ್ರಹಗಳ ತಿರುಗುವಿಕೆಯ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಕೋರಿಯೋಲಿಸ್ ಮತ್ತು ಸೆಂಟ್ರಿಪೇಟಲ್ ಬಲಗಳು ಉದ್ಭವಿಸುತ್ತವೆ. ಮೇಲೆ ಪ್ರಸ್ತುತಪಡಿಸಲಾದ ದೊಡ್ಡ-ಪ್ರಮಾಣದ ಚಲನೆಗೆ ಸರಳೀಕೃತ ಸಮೀಕರಣಗಳ ಸ್ಥಿರ ಆವೃತ್ತಿಯನ್ನು ಪರಿಗಣಿಸುವಾಗ, ಕೋರಿಯೋಲಿಸ್ ಮತ್ತು ಸೆಂಟ್ರಿಪೇಟಲ್ ಬಲಗಳೆರಡೂ ಸಮತಲ ಒತ್ತಡದ ಇಳಿಜಾರುಗಳನ್ನು ಸಮತೋಲನಗೊಳಿಸಲು ಕೆಲಸ ಮಾಡುತ್ತವೆ. ಗ್ರಹದ ತಿರುಗುವಿಕೆಯ ಪ್ರಮಾಣವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿ, ಈ ಶಕ್ತಿಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದು ಪ್ರಾಬಲ್ಯ ಸಾಧಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಅದಕ್ಕೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿ ವಾತಾವರಣದ ಪರಿಚಲನೆಯ ಮೇಲೆ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತದೆ. ಜಿಯೋಸ್ಟ್ರೊಫಿಕ್ ಸಮತೋಲನ ತ್ವರಿತವಾಗಿ ತಿರುಗುವ ಗ್ರಹಕ್ಕೆ, ಕೋರಿಯೋಲಿಸ್ ಬಲವು ಒತ್ತಡದ ಇಳಿಜಾರನ್ನು ಸಮತೋಲನಗೊಳಿಸುವ ಪ್ರಬಲ ಶಕ್ತಿಯಾಗಿದೆ. ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ದೊಡ್ಡ-ಪ್ರಮಾಣದ ಚಲನೆಯ ಸಮೀಕರಣಗಳು ಮತ್ತಷ್ಟು ಸರಳೀಕೃತವಾಗುತ್ತವೆಃ ಇಲ್ಲಿ ಸಬ್ಸ್ಕ್ರಿಪ್ಟ್ ಸ್ಥಿರವಾದ ಎತ್ತರದ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಸಬ್ಸ್ಕ್ರಿಪ್ಟ್ ಜಿಯೋಸ್ಟ್ರೊಫಿಕ್ ಗಾಳಿಯನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ಭೌಗೋಳಿಕ ಗಾಳಿಯು ಒತ್ತಡದ ಇಳಿಜಾರುಗೆ ಲಂಬವಾಗಿರುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಗಮನಿಸಿ. ಇದಕ್ಕೆ ಕಾರಣವೆಂದರೆ ಕೋರಿಯೋಲಿಸ್ ಬಲವು ಗಾಳಿಯ ದಿಕ್ಕಿಗೆ ಲಂಬವಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಒತ್ತಡದ ಇಳಿಜಾರು ಇಳಿಜಾರುಗೆ ಸಮಾನಾಂತರವಾದ ಗಾಳಿಯನ್ನು ಪ್ರೇರೇಪಿಸುವುದರಿಂದ, ಕೋರಿಯೋಲಿಸ್ ಬಲವು ಒತ್ತಡದ ಇಳಿಜಾರುಗೆ ಲಂಬವಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಲ್ಲಿ ಕೋರಿಯೋಲಿಸ್ ಬಲವು ಪ್ರಾಬಲ್ಯ ಹೊಂದಿರುವುದರಿಂದ, ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಬೀಸುವ ಗಾಳಿಯು ಒತ್ತಡದ ಇಳಿಜಾರಿನ ಮೇಲೆ ಲಂಬವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಸೈಕ್ಲೋಸ್ಟ್ರೊಫಿಕ್ ಸಮತೋಲನ ಕಡಿಮೆ ತಿರುಗುವಿಕೆಯ ದರ ಮತ್ತು ಅತ್ಯಲ್ಪ ಕೋರಿಯೋಲಿಸ್ ಬಲವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಗ್ರಹಕ್ಕೆ, ಒತ್ತಡದ ಇಳಿಜಾರನ್ನು ಬದಲಿಗೆ ಸೆಂಟ್ರಿಪೇಟಲ್ ವೇಗವರ್ಧನೆಯಿಂದ ಸಮತೋಲನಗೊಳಿಸಬಹುದು. ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ದೊಡ್ಡ-ಪ್ರಮಾಣದ ಚಲನೆಯ ಸಮೀಕರಣಗಳು ಪೂರ್ವ-ಪಶ್ಚಿಮ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಚಾಲ್ತಿಯಲ್ಲಿರುವ ಗಾಳಿಗೆ ಈ ರೀತಿ ಸರಳೀಕರಿಸುತ್ತವೆ. ಎಕ್ಸೋಮೆಟಿಯೋರಾಲಜಿ ಭೂಮ್ಯತೀತ ವಾತಾವರಣದ ಉಲ್ಲೇಖಗಳು ಎಕ್ಸೋಪ್ಲಾನೆಟಾಲಜಿ ಅನ್ನು ಸಹ ನೋಡಿ