作者:唐凤 来源:中国科学报 发布时间:2021/7/21 11:22:03
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研究揭示巨大气旋如何稳定在木星两极

 

2017年2月,朱诺号的红外镜头捕捉到木星南极的6个气旋。图片来源:NASA/魏茨曼科学研究院

直到美国宇航局(NASA)的朱诺号太空探测器进入木星轨道之前,没有人知道,大约相当于澳大利亚大小的强大气旋正席卷木星的极地。与地球上的风暴不同,木星的风暴不会分散,甚至几乎不会变化。在近日发表在《自然—地球科学》上的一篇文章中,来自以色列魏茨曼科学研究院的研究人员揭示了木星气旋的奥秘:是什么力量将这些巨大的风暴固定在木星极地的,以及为什么它们的规模也保持不变。

“我们可以把木星想象成一个理想的气候实验室。”该研究院地球和行星科学系教授Yohai Kaspi说。地球是一个错综复杂、多变量的系统:它有海洋和大气、大陆、生物——当然还有人类活动。而木星——太阳系中最大的行星,是由气体组成的,因此是一个更容易研究的系统。

《中国科学报》从魏茨曼科学研究院获悉,随着探测器2016年年中进入木星轨道,作为朱诺号任务联合研究员的Kaspi,目睹了气旋风暴在木星的两极旋转。研究人员表示,气旋就像一个盛着肉桂卷的圆形托盘,分布在北纬84°和南纬84°。此外,多个轨道数据表明,气旋的数量是固定的,北极有8个活跃气旋,南极有5个活跃气旋。Kaspi说:“我们曾预计两极气旋或多或少是对称的。”

研究结果还显示,木星气旋虽然被吸引到两极,但是位于气旋环中心的极地风暴把它们推开,阻止它们到达极点。“只要旋风与木星南极保持一定的距离,它们就会被吸引到南极,但是越靠近极点,就越受到强烈的排斥。”Kaspi研究组博士生Nimrod Gavriel说,“问题在于,这种排斥力是否强到足以抵挡磁极的吸引力。北纬84度是这些力量平衡的地方。”

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(南极比北极大),每个气旋之间可能的最小距离,纬度84°附近区域的表面积,以及气旋及其自旋的大小等。根据他们的计算,在南极,气旋的数量应该是5.62个。这个数字与朱诺号收集到的数据是一致的。该模型还解释了为什么木星最近的邻居——土星没有这种现象。

研究人员表示,对气旋的深入了解可以帮助气象学家预测,诸如地球的升温将如何影响运动气旋等问题。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41561-021-00781-6

 
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