科学家揭晓木星极地几何形状气旋风暴形成之谜

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科学家揭晓木星极地几何形状气旋风暴形成之谜

据国外媒体报道,多年以来,木星两极周围存在规则几何形状的巨大气旋,科学家对此感到迷惑不解,目前最新研究揭晓了这些巨大气旋最初是如何形成的。2016年,美国宇航局“朱诺号”探测器进入木星轨道之后,发现巨大气旋在木星两极以几何形状排列,在该行星北极,8个漩涡环绕着一个中心漩涡,而在南极存在6个漩涡。

这张由美国宇航局“朱诺”探测器上的木星红外极光制图仪(JIRAM)拍摄的合成图像显示了木星北极中心气旋和环绕它的8个气旋。

研究报告作者、美国加州大学贝克利分校行星科学家李成(音译)说:“我们吃惊地发现木星极地与其他行星完全不同,我们从未见过这些气旋排列成规则结构。”

每个巨大气旋风暴直径在4000-7000公里之间,它们分别环绕木星南极和北极,它们在距离木星南北极8700公里的区域围成一圈,保持几乎相同的间距。自从朱诺号探测器到达木星轨道以来,这些气旋和相应的几何形状至少持续了4年。

对于科学家而言,这些气旋簇如何保持稳定仍是一个谜团,在地球上,气旋向极地漂移,但在陆地和冷水上空逐渐消散。相比之下,木星既没有陆地也没有海洋,这就产生一个问题:为什么气旋没有简单地漂移至两极并发生合并?(例如:土星每个极地各有一个气旋。)

李成说:“之前所有的理论都预测巨型行星极地上空的主气旋对极地区域起到主导作用,就像我们在土星上观察到的那样,或者仍然是一片混沌状态。我们在木星观测到的状况意味着之前的理论都是错误的,我们需要一些新的理论提供支持。”

为了解释木星气旋的形成之谜,李成和同事基于朱诺号探测器所观测的气旋风暴大小和速度,研发了一个计算机模型,他们关注的是哪些因素可以在不合并的情况下仍保持这些几何形状的稳定性。

这张由“朱诺号”飞船于2019年11月拍摄的图片显示,木星南极有6个气旋呈六角形排列。从比例尺上看,美国大陆的轮廓在中央气旋的上方叠加,而最新气旋上方叠加着美国德克萨斯州的轮廓。

研究人员发现,这些模型的稳定性部分取决于气旋进入木星大气层的深度,但主要取决于每个气旋周围的反气旋环——也就是说,反气旋环旋转方向与每个气旋漩涡方向相反,反气旋环较少的屏蔽,将导致气旋合并;反气旋环较多的屏蔽,将促进气旋彼此分离。

目前仍有许多气旋簇未解之谜亟待揭晓,例如:科学家仍不清楚为什么木星漩涡恰好占据适中的反气旋屏蔽区,现在我们不知道是什么因素导致木星气旋处于这样有利的位置。

目前科学家正在研究这些气旋最初是如何形成的,一种可能是它们在木星两极附近形成,也就是它们现在所处的位置;另一种是气旋在其他区域形成,然后迁移至两极区域。第二种推测的可能性较大。

这可能是一个更难回答的问题,李成说:“因为这涉及到漩涡是如何产生的详细三维模型,还有许多漩涡的参数我们不知道,例如:它们的垂直结构,但我们可以尝试不同的情况,观察哪些垂直结构可能会产生我们曾观测到的风速剖面,这些风速剖面从垂直结构向前移动。”

科学家将该项研究报告的详细情况发表在9月7日出版的《美国国家科学院院刊》上。

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