Sóng trọng trường bí ẩn trong khí quyển

Trong động lực học chất lưu, sóng trọng trường (gravity wave) là các sóng sinh ra trong môi trường chất lưu hoặc mặt tiếp giáp giữa 2 môi trường, do tác động của lực trọng trường hay lực đẩy Archimedes.

Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) nghiên cứu các sóng trọng trường bí ẩn, xuất hiện trong khí quyển Trái đất. Phát hiện bí mật hình thành hiện tượng này trong những tầng trên của khí quyển có thể giúp chúng ta hiểu về các quá trình quyết định điều kiện khí hậu trên toàn hành tinh.

Các nhà khoa học đã chuẩn bị các khí cầu đặc biệt, trên đó có gắn 7 camera ghi nhận hình ảnh độ phân giải lớn, các thiết bị đo lường, các đĩa cứng dung lựng 32 TB… Trong 5 ngày liền, các thiết bị quan sát thượng tầng khí quyển trên độ cao gần 80km, phía trên khu vực giữa Scandinavia và Canada.

Nhờ các đám mây bạc, chúng ta có thể quan sát sự hình thành và phân tán của các sóng trọng trường trong khí quyển.

Trong quá trình quan sát, các chuyên gia đã thực hiện 6 triệu bức ảnh và thu thập 120 TB dữ liệu quý giá. Mục tiêu chủ yếu của quan sát là các đám mây bạc. Chúng xuất hiện trong tầng trung lưu trên các khu vực địa cực chủ yếu vào tháng Sáu và tháng Bảy.

Bằng mắt thường, chúng ta không nhìn thấy sóng trọng trường trong khí quyển. Tuy nhiên, nhờ các đám mây bạc, chúng ta có thể quan sát sự hình thành và phân tán của các sóng trọng trường trong khí quyển. Cho đến nay, chúng ta có thể nhìn thấy chúng từ mặt đất hoặc từ máy bay, tức là trong khuôn hình 2 chiều (2D). Tuy nhiên hiện giờ, nhờ các khí cầu và camera, các nhà khoa học có thể quan sát tiết diện thẳng đứng của sóng trọng trường trong khuôn hình 3 chiều.

Các sóng trọng trường trong khí quyển mang năng lượng từ những phần thấp khí quyển và gây ra hiện tượng rối loạn dòng khí. Các nhà khoa học ở NASA tập trung vào những sóng trọng trường ở trên cao (tầng trên khí quyển); tuy nhiên giới khí tượng thủy văn biết đến cả những sóng gần mặt đất hơn.

Sóng trọng trường xuất hiện, chẳng hạn như trên biển - nơi thường không có chướng ngại vật, các dòng đối lưu di chuyển theo phương thẳng đứng. Tuy nhiên khi gặp đảo núi lửa (chẳng hạn như trên Thái Bình Dương), sóng trọng trường bắt đầu bị biến dạng.

Chướng ngại vật như vậy dẫn tới sự hình thành cái gọi là sóng trọng trường khí quyển. Các đám mây gặp núi, bắt đầu nâng lên ở phía có gió thổi, sau đó hạ xuống ở phía khuất gió. Sóng trọng trường hình thành, kéo dài trên khoảng cách tới hàng trăm hoặc hàng ngàn km, cho đến khi tần số sóng giảm đi.

Hiện tượng nói trên có thể so sánh với việc ném viên đá xuống mặt hồ yên ả. Khi đó, xuất hiện những đợt sóng truyền bá từ nơi viên đá chạm nước. Đối với trường hợp khí quyển Trái đất, nơi có những cơn gió rất mạnh, sóng trọng trường khí quyển thường truyền theo một hướng, tạo hình những đám mây tầng tích (stratocumulus) có hình mũi tên. Khi đó chúng được gọi là những đám mây sóng.