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巨大的极地气旋风暴如何在木星的两极保持稳定

  据外媒报道, 魏茨曼科学研究所的科学家们揭示了巨大的气旋风暴如何在木星的两极保持稳定。 直到最近,在美国宇航局的朱诺太空探测器进入其围绕木星的轨道之前,没有人知道大约有澳大利亚大小的强大气旋风暴在木星极地地区肆虐。与地球上的风暴不同,木星的风暴不会分散。

  在最近发表在《自然-地球科学》上的一篇文章中,来自魏兹曼科学研究所的研究人员揭示了木星气旋风暴的奥秘:哪些力量在起作用,将这些巨大的风暴固定在它们的极地位置,以及为什么它们的数量和位置随着时间的推移或多或少保持不变。

  “我们可以把木星看作是一个理想的气候实验室,”魏兹曼地球和行星科学部的 Yohai Kaspi 教授说。地球是一个错综复杂的多变系统:它有海洋和大气层、大陆、生物--当然还有人类活动。另一方面,木星是我们太阳系中最大的行星,由气体组成,因此是一个更容易研究的系统,我们可以对其进行预测和测试假设。这些预测和假设所需的数据是由朱诺号收集的--这是一个由美国宇航局(NASA)在2011年发射的研究探测器,2016年中进入木星轨道。 Kaspi是NASA朱诺任务中的共同研究者,他见证了其中一个更令人兴奋的发现:围绕该行星两极旋转的气旋风暴。

  “如果我们看一下2016年之前拍摄的木星的老照片,” Kaspi 说,“我们看到,两极通常表现为大片的灰色区域,因为当时没有人知道它们实际上是什么样子。” 其原因在于,太阳系是在同一平面上组织的,这与木星的赤道平面非常接近。因此,过去从地球或早期太空任务对该行星进行的观测,大部分只能捕捉到木星的低纬度地区。因此,朱诺号任务值得注意的创新之一是它的极地轨道,这使研究人员第一次能够详细地观察木星动荡的两极。这正是气旋暴露的方式,令人惊讶的是,沿着北纬84度和南纬84度,气旋有条不紊,像一个圆盘的肉桂卷。此外,从朱诺号围绕木星的多次轨道上收集的数据表明,气旋的数量仍然是固定的--8个在北极活动,5个在南极活动。“这一发现在当时非常令人惊讶,” Kaspi 说,“因为我们预计两极或多或少是对称的。”在之前的一项研究中,Kaspi利用木星引力场的不对称性来确定强烈的东西向风带的深度,这是木星大气的特点。

  在地球上,热带气旋风暴在水温超过26摄氏度的地区形成--通常是在大西洋和太平洋的中心--它们以圆周运动的方式向两极漂移,这是由于地球自旋产生的拉力。另一方面,在木星上,强大的喷流阻止这些风暴在纬度60度以下形成--只有在它上方的气流足够弱,才能让气旋肆虐。是什么导致木星上的这些特殊风暴在纬度84?处保持稳定?根据这项新的研究,木星的气旋确实被吸引到两极,但是位于气旋环中心的极地风暴将它们推开,阻止它们到达极地本身。

  “只要气旋与极地保持一定的距离--它们就会被吸引过来。但是,它们越是靠近--就越是受到强烈的排斥。”Kaspi研究小组的博士生Nimrod Gavriel说,他的论文主要是阐释这一现象。“问题是这种排斥效应是否强大到足以抵御磁极的吸引力。纬度84?是这些力量均衡的地方。”Gavriel和Kaspi提出了一个数学模型,该模型考虑了极地气旋的直径(在南极比在北极更大),每个气旋之间可能的最小距离,纬度84?周围的表面积以及气旋的大小和它们的旋转,并准确预测了整个北极存在八个气旋。至于南极,根据他们的计算,气旋的数量应该是5.62个。这个数字与朱诺号收集的数据是一致的:实际上这个数字不可能存在,但南部的五个风暴经常分离成六个风暴,正如在探测器围绕木星的第十八和第三十四个轨道上观察到的那样。提出的模型也解释了为什么在木星最近的邻星--土星上没有这种现象。

  “我们正在努力了解大规模的大气动力学,为木星的极地气旋现象提供一个成功的解释,使我们有信心真正知道那里发生了什么,” Kaspi 说。这种信心对我们地球上的人来说可能是最重要的,因为对气旋的深入了解可以帮助气象学家预测,例如,我们星球的升温将如何影响风暴在地球上的移动--这是人类在不久的将来最有可能面临的挑战。但 Kaspi 对木星的探索的迷恋更为直接。“太平洋上没有新的岛屿可以发现,太阳系中的大多数行星体都已经被绘制成地图。木星和其他气态行星的两极,也许是太阳系中最后一个仍有待探索的点。”

  每个木星气旋的直径约为4000-5000公里,它们的旋转速度高达每小时360公里。

  “我们期待在未来几年内从朱诺号上获得更多有价值的数据,”Kaspi 补充说,在最近将朱诺号任务延长至2025年之后。他总结说:“由于航天器的极地轨道的逐渐变化,它现在越来越接近木星的北极,使我们能够从几个专门的仪器中获得关于这个极地地区的信息。”

  【来源:cnBeta.COM】

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