¿Por qué no hay huracán en el sol?

Estaba leyendo sobre tormentas gigantes en planetas gaseosos gigantes, la gran mancha roja en Júpiter y el hexágono en Saturno, por nombrar algunos, ¿qué tal nuestro Sol que consiste en plasma (gas caliente que tiene algunos de sus electrones despojados) por qué no vemos algún gran huracán?

Vemos manchas solares, que son tormentas gigantes del tamaño de un planeta en la superficie del Sol. Sin embargo, existen muchas diferencias entre las manchas solares, la Gran Mancha Roja en Júpiter y los ciclones tropicales (p. Ej., Huracanes) en la Tierra. Los ciclones tropicales son sistemas de baja presión alimentados por la evaporación del agua cálida del océano y sostenidos por la velocidad de rotación algo rápida de la Tierra. La Gran Mancha Roja es un sistema de alta presión sostenido por la velocidad de rotación bastante rápida de Júpiter. Las manchas solares son sistemas de baja temperatura alimentados por el campo magnético del Sol y transportados por la velocidad de rotación bastante baja del Sol.

Además de la respuesta anterior, las tormentas en espiral como los huracanes o la gran mancha roja son bastante ordenadas y requieren las condiciones y la transferencia de energía adecuadas. La gran mancha roja mantiene una latitud relativamente constante y ha estado allí durante siglos, por lo que obviamente es estable y ordenada, aunque puede estar disminuyendo. La causa de la gran mancha roja no se conoce, pero la transferencia de calor eficiente del vasto calor interno de Júpiter, y el principal aumento del gas interno caliente y la caída del gas de superficie fría y el muy fuerte efecto Coriolis de Júpiter probablemente ayudaron a crearlo y mantenerlo.

Para los huracanes en la Tierra, suceden algunas cosas específicas. Es necesario que haya una fuente de energía para mantenerlos, por lo que solo se forman sobre océanos cálidos, principalmente durante las temporadas de verano y otoño, cuando los océanos son más cálidos. La rápida evaporación del agua cálida del océano alimenta el huracán y la condensación de ese vapor de agua evaporado en la atmósfera superior impulsa el sistema de baja presión. La espiral es la forma más eficiente de transferencia de calor y de ascenso de aire ligero / descenso de aire cálido. Los vientos superficiales de alta velocidad aumentan la velocidad de evaporación sobre el océano, por lo que una vez que la espiral se forma y se estabiliza, es autosuficiente, hasta que se desplaza sobre aguas más frías o tierra. Los huracanes son ordenados con una transferencia de calor muy eficiente y capas ordenadas de aire ascendente y descendente.

Más del 90% de las depresiones tropicales no se convierten en huracanes. En términos generales, se requiere una dirección perpendicular entre el aire frío de arriba y el aire caliente de abajo para que comience el viento en espiral. Eso es en parte por qué el IPCC predijo previamente una posible disminución en la formación de huracanes, porque las condiciones formativas deben ser correctas y una atmósfera superior más turbulenta podría disminuir la formación de huracanes a pesar de que los océanos más cálidos funcionan en la dirección opuesta. Todo esto se puso al pie de página con cierta incertidumbre y predecir cambios en la dirección del viento es complicado, por lo que no se debe considerar contra el IPCC. El punto es que los huracanes necesitan el equilibrio correcto. No se forman fácilmente, aunque una vez formados tienden a estabilizarse y crecer, hasta que se alejan del agua cálida del océano que los alimenta.

El aire también es bastante ligero, y la transferencia de energía térmica del cambio de fase del agua es lo suficientemente significativa como para crear vientos de más de 100 mph en una espiral ordenada. Tanto en Júpiter como en la Tierra se cumplen las condiciones adecuadas para la formación de tormentas espirales grandes y de alta velocidad del viento. Al igual que la Tierra, Júpiter también tiene nubes y lluvia, tanto agua como amoníaco, que probablemente ayuden en su transferencia de calor por cambio de fase (aunque no soy lo suficientemente inteligente como para decir cuánto contribuye eso con respecto a la mancha roja de Júpiter, en la Tierra el cambio de fase de agua es esencial para la formación de huracanes. Sin abundante agua superficial cálida, no hay huracanes.

El sol, en comparación, es todo plasma. No hay cambio de fase que aumente de manera eficiente la transición del calor y la energía, aunque probablemente haya variaciones en la ionización, pero llegaré a eso más adelante. La superficie del Sol también es bastante caótica y tiene tormentas magnéticas, lo que hace menos probable el nacimiento ordenado de una tormenta en espiral por ráfagas de viento perpendiculares una sobre la otra.

Las tormentas magnéticas están retorcidas y no quiero decir que nada espirales o giros en la superficie del sol, porque eso no es cierto. Pero las tormentas magnéticas en la superficie del sol no son como las espirales en forma de cono de huracanes. Alcanzan muy por encima de la atmósfera del sol, no en la atmósfera, y la forma es diferente.

Finalmente, el material que constituye la región de transición o "atmósfera" del Sol no es bueno para la formación de huracanes. Para citar de Wikipedia:

A continuación, la mayor parte del helio no está completamente ionizado, por lo que irradia energía de manera muy efectiva; arriba, se vuelve completamente ionizado. Esto tiene un profundo efecto sobre la temperatura de equilibrio (ver más abajo).

Debajo, el material es opaco a los colores particulares asociados con las líneas espectrales, de modo que la mayoría de las líneas espectrales formadas debajo de la región de transición son líneas de absorción en infrarrojo, luz visible y ultravioleta cercana, mientras que la mayoría de las líneas formadas en o por encima de la región de transición son emisiones líneas en ultravioleta lejano (FUV) y rayos X. Esto hace que la transferencia radiactiva de energía dentro de la región de transición sea muy complicada.

A continuación, la presión del gas y la dinámica de los fluidos generalmente dominan el movimiento y la forma de las estructuras; arriba, las fuerzas magnéticas dominan el movimiento y la forma de las estructuras, dando lugar a diferentes simplificaciones de la magnetohidrodinámica.

La región de transición en sí misma no está bien estudiada en parte debido al costo computacional,. . .

Teóricamente, los huracanes podrían formarse como resultado de la dinámica de los fluidos, pero la velocidad rápida en que el helio parcialmente ionizado irradia calor hace que se formen grandes estructuras circulantes, que son básicamente motores de convección, poco prácticos e innecesarios. No hay necesidad de convección eficiente cuando la transferencia de energía es muy eficiente por radiación.

La atmósfera del Sol no es como la atmósfera de la Tierra y en las capas superiores de Júpiter, donde la atmósfera es bastante efectiva y mantiene su calor (No tendríamos frentes cálidos y fríos si no fuera así). Esas regiones de aire cálido y frío que mayormente mantienen su temperatura impulsan el proceso convectivo. Necesitas chorros de aire cálido y frío para fluir entre sí en un huracán. La eficiente radiación solar de helio parcialmente ionizado actúa contra ese principio.

También hay un efecto Coriolis relativamente bajo en la superficie del sol, que ayuda a la formación de huracanes.

En resumen, las condiciones no están del todo bien. La turbulencia del Sol, su velocidad de rotación relativamente baja, sin cambio de fase para alimentar el sistema y su helio parcialmente ionizado en su "atmósfera" más baja, todos trabajan contra la formación de sistemas de viento en espiral, en forma de cono y de alta velocidad.

En las enanas marrones con temperaturas superficiales mucho más frías, los huracanes podrían ser completamente posibles. La matemática detrás de los mecanismos de convección atmosférica es complicada, por lo que esta es una explicación más general, pero el Sol no es un buen candidato para huracanes en muchos niveles.