「一起读科普杂志」南极上空出现神奇涟漪

几年前,科学家在南极上空高层大气中发现了一些神奇的涟漪,并将其确认为大气“惯性重力波”。

事实上,惯性重力波并不罕见,经常出现在地球大气的不同区域和高度上,维持时间很短,稍纵即逝。但科学家在南极上空(高度为50~80千米)发现的惯性重力波却可以维持时间长达10小时,强度也超过地球其他地区。南极惯性重力波的这些特殊性一直困扰着大气科学家们,不断有人对其机理提出各种推测和解释。

到底什么是惯性重力波

我们知道,地球上的任何一个物体都会受到向下的地球引力,即重力的影响;而漂浮在液体或气体中的物体都受到向上的浮力。当重力和浮力平衡的时候,这个物体就平稳地悬浮在液体或气体中。比如,给氢气球加上适当的配重,它可以悬浮在空气中任意的高度上。在氢气球的重力和浮力达到平衡后,对它施加个外力,比如用手轻轻地将其向下拉动一下它就会在空气中上下跳动。

事实上,地球大气层也是由具有不同密度的气块组成的,低层气块的密度大,高层气块的密度小。如果没有外力扰动,这些气块处于重力和浮力平衡中,稳定悬浮在自己的位置上。

如同上面所说的氢气球,气块如果受到垂直方向的扰动,它们将围绕自己的平衡位置震荡。这种上下震荡被称为重力波。重力波导致的大范围大气垂直运动,可以使大气水分凝结,形成高层带状云系,形似涟漪。

由于地球自转,地球上任何水平运动的物体都会受到一种惯性力