看似祥和的土星,在那表面之下,又是怎样的惊心动魄

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在远处看,土星像是一个安静的有着奇妙光环的气态巨行星,不费吹灰之力地绕着它的轨道运行。但是,如果你像卡西尼号飞得那样近,就会发现更多有趣的事情。

在土星北极附近,一场六边形的风暴至少肆虐了40年——在1981年的旅行者号任务中我们首次发现了它。然而,即使有卡西尼号拍摄的正面视角,土星的六边形风暴细节依然很少。

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一个经过实验测试的新大气模型现在表明,这场风暴的深度非常大,有可能达到数千公里。这一发现有助于解释为什么自从我们第一次看到风暴以来,它一直是一个相对稳定的特征。

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过去,直接观测和在实验室中实验已经产生了两个关于土星六边形风暴存在原因的主要假设。

 

一方面,它可能是由气态巨行星大气浅层中,数百公里深的地方,那里的交替喷流而形成的压力大约在10巴左右,气流更为湍急。

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另一方面,它在更深的地方形成,也就是延伸了数千公里的深层纬向喷流,那里的压力要大数万倍,行星自转和那里的地形可能会掀起一股强烈的气流。

 

事实上,在卡西尼号退役前执行最后一次任务时,我们发现土星的带状喷流将其强度保持在高于10万巴的压强。从这个角度来看,太阳光射入的深度不超过一个光柱;这些漩涡比最初的更深,也更稳定。

 

哈佛大学的研究人员模拟了旋转球体中的气流对流的景象,他们现就此给出了一个有关土星六边形风暴的存在的合理解释。

 

他们的3D模型显示,气态巨行星外层深部热对流可以产生巨大的极地气旋、剧烈的纬向交替流动和高纬度东进急流。

 

更重要的是,这些纬向喷流的质量和数量都与在土星上观测到的数量相似。

 

作者解释说:“模型的分析表明,巨涡形式的自组织喷流挤压了向东的射流,形成了多边形风暴。”。

 

“我们认为类似的原理是导致土星气流呈六边形状的原因。”

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现在,研究小组建立的模型并没有涉及土星大气的每一个层面——它只包含了土星十分之一的半径——它们模拟的极地喷流形成的是三角形而不是六边形。

 

即使如此,特别是在没有卡西尼对帮助时,人们仍然相信这种相对简单的情况可以帮助我们找出土星上的一些特征。

他们的模型中,一个以北极为中心的大气旋出现,而在赤道以北的地方,几个较小的气旋汇总成一个向东的强急流。

 

虽然中心气旋的强度足以阻挡地表附近气体的喷流,但在较浅的水平上,周围的漩涡会被所有波动所掩盖,使它们看起来更像多边形喷流而不是龙卷风。

 

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上图中:北极不同级别的大气模拟,A处最深,D处最浅。

 

作者写道:“可以假设,土星也有类似的状况,六边形由相邻的六个大漩涡所支撑,这些漩涡更混乱的浅层对流所遮盖。”

 

这也许就是为什么当事实就存在于更深的地方时,其他模型和观测只能模拟出土星六边形风暴的部分域存在较浅的喷流,。

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龙之风暴 (Dragon Storm )(由于它特殊的形状而在2004年9月给的名称)是发生在土星南半球的一个巨大且明亮的复杂的对流风暴。土星的风暴看起来都是长寿和周期性的突然发光,产生戏剧性的白色羽状然后下沉。风暴一般也都是强烈的无线电波源

 

 

但这仅仅证明了一个概念,我们需要整合更多关于土星的数据,使这个模型的反映更贴近事实。尽管如此,我们有了正确的思路。

作者: sciencealert

FY: 刘彦希

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