Atmospheric circulation of exoplanets
একটি গ্রহের বায়ুমণ্ডলীয় সঞ্চালন মূলত প্রশ্নযুক্ত গ্রহের জন্য নির্দিষ্ট এবং এক্সোপ্ল্যানেটগুলির বায়ুমণ্ডলীয় সঞ্চালনের অধ্যয়ন একটি নবজাতক ক্ষেত্র কারণ এক্সোপ্ল্যানেট বায়ুমণ্ডলের সরাসরি পর্যবেক্ষণ এখনও বেশ বিরল। যাইহোক, তরল গতিবিদ্যার মৌলিক নীতিগুলি বিবেচনা করে এবং বিভিন্ন সীমাবদ্ধ অনুমান আরোপ করে, বায়ুমণ্ডলীয় গতি সম্পর্কে একটি তাত্ত্বিক বোঝার বিকাশ করা যেতে পারে। এই তাত্ত্বিক কাঠামোটি সৌরজগতের গ্রহগুলিতেও প্রয়োগ করা যেতে পারে এবং এই গ্রহগুলির সরাসরি পর্যবেক্ষণের সাথে তুলনা করা যেতে পারে, যা তত্ত্বটি যাচাই করতে এবং এর সীমাবদ্ধতা বোঝার জন্য এক্সোপ্ল্যানেটগুলির চেয়ে আরও ব্যাপকভাবে অধ্যয়ন করা হয়েছে। তাত্ত্বিক কাঠামোটি প্রথমে নেভিয়ার-স্টোকস সমীকরণ, তরল গতির নিয়ন্ত্রক সমীকরণগুলি বিবেচনা করে। তারপর, বড় মাপের গতির বায়ুমণ্ডলীয় গতিবিদ্যার জন্য নির্দিষ্ট তরল গতির সরলীকৃত মডেল তৈরি করার জন্য সীমিত অনুমান আরোপ করা হয়। এই সমীকরণগুলি তখন বিভিন্ন অবস্থার জন্য অধ্যয়ন করা যেতে পারে (অর্থাৎ। একটি গ্রহের বৈশিষ্ট্যগুলি তার বায়ুমণ্ডলীয় সঞ্চালনের উপর কীভাবে প্রভাব ফেলবে তা দেখার জন্য দ্রুত বনাম ধীর গ্রহের ঘূর্ণনের হার, স্থিতিশীলভাবে স্তরীভূত বনাম অস্থিরভাবে স্তরীভূত বায়ুমণ্ডল)। উদাহরণস্বরূপ, একটি গ্রহ তার ঘূর্ণন হারের উপর ভিত্তি করে দুটি ব্যবস্থার মধ্যে একটিতে পড়ে যেতে পারেঃ ভূ-প্রাকৃতিক ভারসাম্য বা সাইক্লোস্ট্রফিক ভারসাম্য। বায়ুমণ্ডলীয় গতি কোরিওলিস বল প্রয়োগ যখন বায়ুমণ্ডলীয় সঞ্চালনের কথা বিবেচনা করা হয় তখন আমরা গ্রহের বস্তুটিকে রেফারেন্স ফ্রেম হিসাবে গ্রহণ করি। প্রকৃতপক্ষে, এটি একটি নন-ইনার্শিয়াল ফ্রেম অফ রেফারেন্স যার ত্বরণ তার অক্ষের চারপাশে গ্রহের ঘূর্ণনের কারণে হয়। কোরিওলিস বল হল সেই বল যা গ্রহের আবর্তনের ফলে গ্রহের কাঠামোর মধ্যে চলাচলকারী বস্তুর উপর কাজ করে। গাণিতিকভাবে, কোরিওলিস বলের কারণে ত্বরণকে এইভাবে লেখা যেতে পারেঃ প্রবাহের বেগ কোথায় গ্রহের কৌণিক বেগ ভেক্টর এই বলটি প্রবাহ এবং বেগ এবং গ্রহের কৌণিক বেগ ভেক্টরের সাথে লম্বভাবে কাজ করে এবং একটি ঘূর্ণায়মান গ্রহের বায়ুমণ্ডলীয় গতি বিবেচনা করার সময় কার্যকর হয়। গাণিতিক মডেল নেভিয়ার-স্টোকস ভরবেগ সমীকরণ একটি প্রবাহের জন্য ভরবেগ সংরক্ষণ নিম্নলিখিত সমীকরণ দ্বারা দেওয়া হয়ঃ যেখানে উপাদান অন্তরজ হল চাপ হল ঘনত্ব হল মহাকর্ষীয় ত্বরণ হল ঘূর্ণন অক্ষ থেকে ভেক্টর হল ঘর্ষণ শক্তি শব্দটি হল গ্রহের ঘূর্ণনের কারণে কেন্দ্রমুখী ত্বরণ। বড় মাপের গতির জন্য সরলীকৃত মডেল উপরের সমীকরণটি বড় মাপের বায়ুমণ্ডলীয় গতির জন্য উপযুক্ত আকারে সরলীকৃত করা যেতে পারে। প্রথমত, বেগ ভেক্টরটি বাতাসের তিনটি উপাদানে বিভক্তঃ জোনাল বায়ু কোথায় এবং মেরিডোনাল বায়ু উল্লম্ব বায়ু কোথায়। এইভাবে, জোনাল এবং মেরিডোনাল বাতাসের সমীকরণগুলি সরল হয়ে যায়ঃ এবং উল্লম্ব দিকের সমীকরণটি হাইড্রোস্ট্যাটিক ভারসাম্য সমীকরণে সরল হয়ে যায়ঃ যেখানে পরামিতিটি কেন্দ্রমুখী বলের উল্লম্ব উপাদানকে শোষণ করেছে। উপরের সমীকরণগুলিতেঃ কোরিওলিস প্যারামিটার, অক্ষাংশ এবং গ্রহের ব্যাসার্ধ। তাপগতিবিদ্যার মূল চালিকাশক্তি হল তাপমাত্রার ঢাল যা সঞ্চালনের অন্যতম চালিকাশক্তি, কারণ বায়ুমণ্ডলীয় প্রবাহের একটি প্রভাব হল তাপীয় ভারসাম্যে পৌঁছানোর প্রচেষ্টায় উচ্চ তাপমাত্রার স্থান থেকে নিম্ন তাপমাত্রার স্থানে তাপ পরিবহন করা। সাধারণত, গ্রহগুলির স্থিতিশীলভাবে স্তরযুক্ত বায়ুমণ্ডল থাকে। এর অর্থ হল উল্লম্ব দিকে তাপমাত্রার গ্রেডিয়েন্টের কারণে গতি উল্লম্ব দিকে চাপের গ্রেডিয়েন্ট দ্বারা বিপরীত হয়। এই ক্ষেত্রে, এটি অনুভূমিক তাপমাত্রার গ্রেডিয়েন্ট (ধ্রুবক চাপ পৃষ্ঠের উপর) যা সঞ্চালনকে চালিত করে। এই ধরনের তাপমাত্রার ঢাল সাধারণত একটি গ্রহের বায়ুমণ্ডল জুড়ে অসম উত্তাপ/শীতলকরণ দ্বারা বজায় রাখা হয়। উদাহরণস্বরূপ, বিষুবরেখায়, পৃথিবীতে বায়ুমণ্ডল সূর্য থেকে আরও বেশি শক্তি শোষণ করে যা এটি মেরুতে করে। গ্রহের ঘূর্ণন যেমন আগে উল্লেখ করা হয়েছে, বায়ুমণ্ডলীয় সঞ্চালনের ক্ষেত্রে গ্রহের ঘূর্ণন গুরুত্বপূর্ণ কারণ গ্রহের ঘূর্ণনের ফলে কোরিওলিস এবং কেন্দ্রমুখী শক্তি উৎপন্ন হয়। উপরে উপস্থাপিত বড় মাপের গতির জন্য সরলীকৃত সমীকরণগুলির একটি স্থির সংস্করণ বিবেচনা করার সময়, কোরিওলিস এবং কেন্দ্রমুখী বল উভয়ই অনুভূমিক চাপের গ্রেডিয়েন্টগুলির ভারসাম্য বজায় রাখতে কাজ করে। গ্রহের আবর্তনের হারের উপর নির্ভর করে, এই বলগুলির মধ্যে একটি প্রভাব বিস্তার করবে এবং সেই অনুযায়ী বায়ুমণ্ডলীয় সঞ্চালনকে প্রভাবিত করবে। ভূ-ক্রান্তীয় ভারসাম্য দ্রুত ঘূর্ণনশীল একটি গ্রহের জন্য, কোরিওলিস বল হল প্রভাবশালী শক্তি যা চাপের গ্রেডিয়েন্টের ভারসাম্য বজায় রাখে। এই ক্ষেত্রে বড় মাপের গতির সমীকরণগুলি আরও সহজতর হয়ঃ যেখানে সাবস্ক্রিপ্ট একটি ধ্রুবক উচ্চতার পৃষ্ঠকে বোঝায় এবং সাবস্ক্রিপ্ট ভূ-ক্রান্তীয় বাতাসকে বোঝায়। লক্ষ্য করুন যে এই ক্ষেত্রে, ভূ-ক্রান্তীয় বায়ু চাপের ঢালকে লম্বভাবে থাকে। এর কারণ হল কোরিওলিস বল বাতাসের দিকে লম্বভাবে কাজ করে। অতএব, যেহেতু চাপের গ্রেডিয়েন্ট গ্রেডিয়েন্টের সমান্তরালে বাতাসকে প্ররোচিত করে, তাই কোরিওলিস বল চাপের গ্রেডিয়েন্টের সাথে লম্বভাবে কাজ করবে। যেহেতু কোরিওলিস বল এই শাসনে আধিপত্য বিস্তার করে, ফলস্বরূপ বাতাস চাপের গ্রেডিয়েন্টের লম্ব হয়। সাইক্লোস্ট্রফিক ভারসাম্য কম ঘূর্ণন হার এবং নগণ্য কোরিওলিস বল সহ একটি গ্রহের জন্য, চাপের গ্রেডিয়েন্টকে কেন্দ্রমুখী ত্বরণ দ্বারা ভারসাম্যপূর্ণ করা যেতে পারে। এই ক্ষেত্রে বড় মাপের গতির সমীকরণগুলি আরও সহজতর হয়ঃ পূর্ব-পশ্চিম দিকে প্রচলিত বাতাসের জন্য। আরও দেখুন এক্সোমেটোরোলজি এক্সট্রাটেরিস্ট্রিয়াল বায়ুমণ্ডল রেফারেন্স এক্সোপ্ল্যানেটোলজি