Atmospheric circulation of exoplanets
ગ્રહનું વાતાવરણીય પરિભ્રમણ મોટે ભાગે પ્રશ્નમાં રહેલા ગ્રહ માટે વિશિષ્ટ છે અને એક્સોપ્લેનેટના વાતાવરણીય પરિભ્રમણનો અભ્યાસ એક નવજાત ક્ષેત્ર છે કારણ કે એક્સોપ્લેનેટ વાતાવરણના સીધા અવલોકનો હજુ પણ ખૂબ જ વિરલ છે. જો કે, પ્રવાહી ગતિશીલતાના મૂળભૂત સિદ્ધાંતોને ધ્યાનમાં લઈને અને વિવિધ મર્યાદિત ધારણાઓ લાદીને, વાતાવરણીય ગતિની સૈદ્ધાંતિક સમજણ વિકસાવી શકાય છે. આ સૈદ્ધાંતિક માળખું સૌર મંડળની અંદરના ગ્રહો પર પણ લાગુ કરી શકાય છે અને આ ગ્રહોના સીધા અવલોકનો સાથે સરખામણી કરી શકાય છે, જેનો અભ્યાસ એક્સોપ્લેનેટ કરતાં વધુ વ્યાપક રીતે કરવામાં આવ્યો છે, જેથી સિદ્ધાંતને માન્ય કરી શકાય અને તેની મર્યાદાઓને પણ સમજી શકાય. સૈદ્ધાંતિક માળખું પ્રથમ નેવિઅર-સ્ટોક્સ સમીકરણોને ધ્યાનમાં લે છે, જે પ્રવાહી ગતિના સંચાલિત સમીકરણો છે. પછી, મોટા પાયે ગતિ વાતાવરણીય ગતિશીલતા માટે વિશિષ્ટ પ્રવાહી ગતિના સરળ નમૂનાઓ બનાવવા માટે મર્યાદિત ધારણાઓ લાદવામાં આવે છે. આ સમીકરણો પછી વિવિધ પરિસ્થિતિઓ માટે અભ્યાસ કરી શકાય છે (એટલે કે. ગ્રહની લાક્ષણિકતાઓ તેના વાતાવરણીય પરિભ્રમણને કેવી અસર કરશે તે જોવા માટે ઝડપી વિ. ધીમા ગ્રહોના પરિભ્રમણ દર, સ્થિર સ્તરીકૃત વિ. અસ્થિર સ્તરીકૃત વાતાવરણ). ઉદાહરણ તરીકે, ગ્રહ તેના પરિભ્રમણ દરના આધારે બેમાંથી એક શાસનમાં આવી શકે છેઃ ભૂસ્તર સંતુલન અથવા સાયક્લોસ્ટ્રોફિક સંતુલન. વાતાવરણીય ગતિ કોરિઓલિસ બળ જ્યારે વાતાવરણીય પરિભ્રમણને ધ્યાનમાં લઈએ ત્યારે આપણે ગ્રહોની વસ્તુને સંદર્ભની ફ્રેમ તરીકે લેવાનું વલણ ધરાવીએ છીએ. હકીકતમાં, આ સંદર્ભની બિન-જડતા ફ્રેમ છે જે ગ્રહના તેની ધરીની ફરતે પરિભ્રમણને કારણે પ્રવેગ ધરાવે છે. કોરિઓલિસ બળ એ બળ છે જે ગ્રહના પરિભ્રમણના પરિણામે સંદર્ભની ગ્રહોની ફ્રેમની અંદર ફરતી વસ્તુઓ પર કાર્ય કરે છે. ગાણિતિક રીતે, કોરિઓલિસ બળને કારણે પ્રવેગને આ રીતે લખી શકાય છેઃ પ્રવાહ વેગ ક્યાં છે તે ગ્રહનો કોણીય વેગ વેક્ટર છે આ બળ પ્રવાહ અને વેગ અને ગ્રહના કોણીય વેગ વેક્ટરને લંબરૂપ કાર્ય કરે છે, અને ફરતા ગ્રહની વાતાવરણીય ગતિને ધ્યાનમાં લેતી વખતે અમલમાં આવે છે. ગાણિતિક નમૂનાઓ નેવિયર-સ્ટોક્સ વેગ સમીકરણ પ્રવાહ માટે વેગનું સંરક્ષણ નીચેના સમીકરણ દ્વારા આપવામાં આવે છેઃ જ્યાં સામગ્રી વ્યુત્પન્ન દબાણ છે તે ઘનતા છે ગુરુત્વાકર્ષણીય પ્રવેગ એ પરિભ્રમણ અક્ષમાંથી વેક્ટર છે તે ઘર્ષણનું બળ છે આ શબ્દ ગ્રહના પરિભ્રમણને કારણે કેન્દ્રિય પ્રવેગ છે. મોટા પાયે ગતિ માટે સરળીકૃત મોડેલ ઉપરોક્ત સમીકરણને મોટા પાયે વાતાવરણીય ગતિ માટે યોગ્ય સ્વરૂપમાં સરળ બનાવી શકાય છે. પ્રથમ, વેગ વેક્ટરને પવનના ત્રણ ઘટકોમાં વહેંચવામાં આવે છેઃ જ્યાં ઝોનલ પવન છે અને મેરિડિશનલ પવન એ ઊભી પવન છે. આમ, ઝોનલ અને મેરિડીનલ પવન માટેના સમીકરણો સરળ બને છેઃ અને ઊભી દિશામાં સમીકરણ હાઇડ્રોસ્ટેટિક સંતુલન સમીકરણમાં સરળ બને છેઃ જ્યાં પરિમાણ કેન્દ્રગામી બળના ઊભી ઘટકને શોષી લે છે. ઉપરોક્ત સમીકરણોમાંઃ કોરિઓલિસ પરિમાણ છે, અક્ષાંશ છે અને ગ્રહની ત્રિજ્યા છે. પરિભ્રમણના મુખ્ય પરિબળો થર્મોડાયનેમિક્સ તાપમાનના ઢાળ એ પરિભ્રમણના પરિબળોમાંથી એક છે, કારણ કે વાતાવરણીય પ્રવાહની એક અસર થર્મલ સંતુલન સુધી પહોંચવાના પ્રયાસમાં ઉચ્ચ તાપમાનના સ્થળોથી નીચા તાપમાનના સ્થળોએ ગરમીનું પરિવહન કરવાની છે. સામાન્ય રીતે, ગ્રહો સ્થિર રીતે સ્તરીકૃત વાતાવરણ ધરાવે છે. આનો અર્થ એ છે કે ઊભી દિશામાં તાપમાન ઢાળને કારણે ગતિ ઊભી દિશામાં દબાણ ઢાળ દ્વારા વિરોધ કરવામાં આવે છે. આ કિસ્સામાં, તે આડા તાપમાનના ઢાળ (સતત દબાણવાળી સપાટીઓ પર) છે જે પરિભ્રમણને ચલાવે છે. આવા તાપમાનના ઘટકો સામાન્ય રીતે ગ્રહના સમગ્ર વાતાવરણમાં અસમાન ગરમી/ઠંડક દ્વારા જાળવવામાં આવે છે. પૃથ્વી પર, ઉદાહરણ તરીકે, વિષુવવૃત્ત પર, વાતાવરણ સૂર્યમાંથી વધુ ચોખ્ખી ઊર્જાને શોષી લે છે જે તે ધ્રુવો પર કરે છે. અગાઉ નોંધ્યું છે તેમ, જ્યારે વાતાવરણીય પરિભ્રમણની વાત આવે છે ત્યારે ગ્રહોના પરિભ્રમણ મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે ગ્રહોના પરિભ્રમણના પરિણામે કોરિઓલિસ અને કેન્દ્રગામી બળો ઉત્પન્ન થાય છે. ઉપર પ્રસ્તુત મોટા પાયે ગતિ માટે સરળ સમીકરણોના સ્થિર સંસ્કરણને ધ્યાનમાં લેતી વખતે, કોરિઓલિસ અને કેન્દ્રગામી બળો બંને આડા દબાણના ઢાળને સંતુલિત કરવા માટે કામ કરે છે. ગ્રહના પરિભ્રમણ દરના આધારે, આમાંથી એક બળ પ્રભુત્વ ધરાવશે અને તે મુજબ વાતાવરણીય પરિભ્રમણને અસર કરશે. ભૂસ્તર સંતુલન ઝડપી પરિભ્રમણ ધરાવતા ગ્રહ માટે, કોરિઓલિસ બળ એ પ્રબળ બળ છે જે દબાણના ઢાળને સંતુલિત કરે છે. આ કિસ્સામાં મોટા પાયે ગતિ માટેના સમીકરણો વધુ સરળ બને છેઃ જ્યાં સબસ્ક્રિપ્ટ સતત ઊંચાઈની સપાટીને સૂચવે છે અને સબસ્ક્રિપ્ટ ભૂસ્થિર પવનને સૂચવે છે. નોંધ લો કે આ કિસ્સામાં, ભૂસ્થિર પવન દબાણના ઢાળને લંબરૂપ હોય છે. આનું કારણ એ છે કે કોરિઓલિસ બળ પવનની દિશામાં લંબરૂપ રીતે કાર્ય કરે છે. તેથી, દબાણ ઢાળ ઢાળની સમાંતર પવનને પ્રેરિત કરે છે, તેથી કોરિઓલિસ બળ દબાણ ઢાળને લંબરૂપ રીતે કાર્ય કરશે. જેમ જેમ કોરિઓલિસ બળ આ શાસનમાં પ્રભુત્વ ધરાવે છે, પરિણામી પવન દબાણના ઢાળને લંબરૂપ હોય છે. નીચા પરિભ્રમણ દર અને નજીવા કોરિઓલિસ બળવાળા ગ્રહ માટે, દબાણના ઢાળને તેના બદલે કેન્દ્રગામી પ્રવેગ દ્વારા સંતુલિત કરી શકાય છે. આ કિસ્સામાં મોટા પાયે ગતિ માટેના સમીકરણો પૂર્વ-પશ્ચિમ દિશામાં પ્રવર્તમાન પવન માટે વધુ સરળ બને છે. આ પણ જુઓ એક્ઝોમેટોરોલોજી એક્સ્ટ્રાટેરસ્ટ્રીયલ વાતાવરણ સંદર્ભો એક્સોપ્લેનેટોલોજી