據(jù)外媒報(bào)道， 魏茨曼科學(xué)研究所的科學(xué)家們揭示了巨大的氣旋風(fēng)暴如何在木星的兩極保持穩(wěn)定。 直到最近，在美國宇航局的朱諾太空探測器進(jìn)入其圍繞木星的軌道之前，沒有人知道大約有澳大利亞大小的強(qiáng)大氣旋風(fēng)暴在木星極地地區(qū)肆虐。與地球上的風(fēng)暴不同，木星的風(fēng)暴不會分散。

在最近發(fā)表在《自然-地球科學(xué)》上的一篇文章中，來自魏茲曼科學(xué)研究所的研究人員揭示了木星氣旋風(fēng)暴的奧秘：哪些力量在起作用，將這些巨大的風(fēng)暴固定在它們的極地位置，以及為什么它們的數(shù)量和位置隨著時(shí)間的推移或多或少保持不變。

“我們可以把木星看作是一個(gè)理想的氣候?qū)嶒?yàn)室，”魏茲曼地球和行星科學(xué)部的 Yohai Kaspi 教授說。地球是一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的多變系統(tǒng)：它有海洋和大氣層、大陸、生物--當(dāng)然還有人類活動。另一方面，木星是我們太陽系中最大的行星，由氣體組成，因此是一個(gè)更容易研究的系統(tǒng)，我們可以對其進(jìn)行預(yù)測和測試假設(shè)。這些預(yù)測和假設(shè)所需的數(shù)據(jù)是由朱諾號收集的--這是一個(gè)由美國宇航局(NASA)在2011年發(fā)射的研究探測器，2016年中進(jìn)入木星軌道。 Kaspi是NASA朱諾任務(wù)中的共同研究者，他見證了其中一個(gè)更令人興奮的發(fā)現(xiàn)：圍繞該行星兩極旋轉(zhuǎn)的氣旋風(fēng)暴。

“如果我們看一下2016年之前拍攝的木星的老照片，” Kaspi 說，“我們看到，兩極通常表現(xiàn)為大片的灰色區(qū)域，因?yàn)楫?dāng)時(shí)沒有人知道它們實(shí)際上是什么樣子。” 其原因在于，太陽系是在同一平面上組織的，這與木星的赤道平面非常接近。因此，過去從地球或早期太空任務(wù)對該行星進(jìn)行的觀測，大部分只能捕捉到木星的低緯度地區(qū)。因此，朱諾號任務(wù)值得注意的創(chuàng)新之一是它的極地軌道，這使研究人員第一次能夠詳細(xì)地觀察木星動蕩的兩極。這正是氣旋暴露的方式，令人驚訝的是，沿著北緯84度和南緯84度，氣旋有條不紊，像一個(gè)圓盤的肉桂卷。此外，從朱諾號圍繞木星的多次軌道上收集的數(shù)據(jù)表明，氣旋的數(shù)量仍然是固定的--8個(gè)在北極活動，5個(gè)在南極活動。“這一發(fā)現(xiàn)在當(dāng)時(shí)非常令人驚訝，” Kaspi 說，“因?yàn)槲覀冾A(yù)計(jì)兩極或多或少是對稱的。”在之前的一項(xiàng)研究中，Kaspi利用木星引力場的不對稱性來確定強(qiáng)烈的東西向風(fēng)帶的深度，這是木星大氣的特點(diǎn)。

在地球上，熱帶氣旋風(fēng)暴在水溫超過26攝氏度的地區(qū)形成--通常是在大西洋和太平洋的中心--它們以圓周運(yùn)動的方式向兩極漂移，這是由于地球自旋產(chǎn)生的拉力。另一方面，在木星上，強(qiáng)大的噴流阻止這些風(fēng)暴在緯度60度以下形成--只有在它上方的氣流足夠弱，才能讓氣旋肆虐。是什么導(dǎo)致木星上的這些特殊風(fēng)暴在緯度84?處保持穩(wěn)定?根據(jù)這項(xiàng)新的研究，木星的氣旋確實(shí)被吸引到兩極，但是位于氣旋環(huán)中心的極地風(fēng)暴將它們推開，阻止它們到達(dá)極地本身。

“只要?dú)庑c極地保持一定的距離--它們就會被吸引過來。但是，它們越是靠近--就越是受到強(qiáng)烈的排斥。”Kaspi研究小組的博士生Nimrod Gavriel說，他的論文主要是闡釋這一現(xiàn)象。“問題是這種排斥效應(yīng)是否強(qiáng)大到足以抵御磁極的吸引力。緯度84?是這些力量均衡的地方。”Gavriel和Kaspi提出了一個(gè)數(shù)學(xué)模型，該模型考慮了極地氣旋的直徑(在南極比在北極更大)，每個(gè)氣旋之間可能的最小距離，緯度84?周圍的表面積以及氣旋的大小和它們的旋轉(zhuǎn)，并準(zhǔn)確預(yù)測了整個(gè)北極存在八個(gè)氣旋。至于南極，根據(jù)他們的計(jì)算，氣旋的數(shù)量應(yīng)該是5.62個(gè)。這個(gè)數(shù)字與朱諾號收集的數(shù)據(jù)是一致的：實(shí)際上這個(gè)數(shù)字不可能存在，但南部的五個(gè)風(fēng)暴經(jīng)常分離成六個(gè)風(fēng)暴，正如在探測器圍繞木星的第十八和第三十四個(gè)軌道上觀察到的那樣。提出的模型也解釋了為什么在木星最近的鄰星--土星上沒有這種現(xiàn)象。

“我們正在努力了解大規(guī)模的大氣動力學(xué)，為木星的極地氣旋現(xiàn)象提供一個(gè)成功的解釋，使我們有信心真正知道那里發(fā)生了什么，” Kaspi 說。這種信心對我們地球上的人來說可能是最重要的，因?yàn)閷庑纳钊肓私饪梢詭椭鷼庀髮W(xué)家預(yù)測，例如，我們星球的升溫將如何影響風(fēng)暴在地球上的移動--這是人類在不久的將來最有可能面臨的挑戰(zhàn)。但 Kaspi 對木星的探索的迷戀更為直接。“太平洋上沒有新的島嶼可以發(fā)現(xiàn)，太陽系中的大多數(shù)行星體都已經(jīng)被繪制成地圖。木星和其他氣態(tài)行星的兩極，也許是太陽系中最后一個(gè)仍有待探索的點(diǎn)。”

每個(gè)木星氣旋的直徑約為4000-5000公里，它們的旋轉(zhuǎn)速度高達(dá)每小時(shí)360公里。

“我們期待在未來幾年內(nèi)從朱諾號上獲得更多有價(jià)值的數(shù)據(jù)，”Kaspi 補(bǔ)充說，在最近將朱諾號任務(wù)延長至2025年之后。他總結(jié)說：“由于航天器的極地軌道的逐漸變化，它現(xiàn)在越來越接近木星的北極，使我們能夠從幾個(gè)專門的儀器中獲得關(guān)于這個(gè)極地地區(qū)的信息。”

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