解决木星上奇怪的风暴

©NASA

木星的南极

在木星的南极潜伏着一个引人注目的景象——即使是一个覆盖着彩色条纹的气体巨行星,条纹上有一个比地球还大的红斑。

在地球的南极附近,主要隐藏在人类的窥探中,是一种以异常几何图案排列的旋流风暴的集合。

自2019年被美国宇航局的朱诺太空探测器首次发现以来,这些风暴给科学家们带来了一些神秘的东西。风暴与地球上的飓风类似。然而,在我们的星球上,飓风不会聚集在两极,也不会像木星上奇怪的风暴那样以五边形或六边形的形状彼此旋转。

现在,在加州理工学院行星科学教授安迪·英格索尔的实验室里,一个研究小组发现了木星风暴行为如此奇怪的原因。他们是利用英国数学物理学家和工程师开尔文勋爵(Lord Kelvin)在近150年前写下的证明得出这一结论的。

英格索兰是朱诺小组的成员之一,他说,木星的风暴与每年夏秋两季袭击美国东海岸的风暴非常相似,只是规模大得多。

“如果你在云层下面,你可能会发现液态水——雨滴、冰雹和雪,”他说。“风力将达到飓风级。地球上的飓风与我们在木星上看到的单个漩涡很相似,但这里没有什么比这更令人惊叹的美丽。”

与地球一样,木星的风暴倾向于形成更接近赤道,然后朝着杆子漂移。然而,地球的飓风和Typhonons在他们冒险太远之前消散了距离赤道。木星只是继续前进,直到他们到达杆子。

“不同之处在于,在地球上,飓风耗尽了温暖的海水,然后冲向大陆,”英格索尔说。木星没有陆地,所以摩擦力小很多,因为没有什么东西可以摩擦。云层下面还有更多的气体。木星在形成过程中留下的热量与它从太阳获得的热量相当,所以赤道和两极之间的温差没有地球上那么大。”

然而,英格索兰说,这种解释仍然不能解释风暴到达木星南极后的行为,即使与其他气态巨行星相比,这也是不寻常的。土星也是一个气体巨星,在它的两极都有一个巨大的风暴,而不是一个几何排列的风暴集合。

奥秘的答案为什么Jupiter拥有这些几何形成和其他行星,而不是发现的同事,可以在过去发现,专门在1878年由阿尔弗雷德梅尔,美国物理学家和赫尔文勋爵进行的工作中进行的工作。Mayer已经将浮动圆形磁铁放在水池中,观察到它们会自发地将自己安排成几何配置,类似于在木星上看到的那些,其形状依赖于磁体的数量。Kelvin使用Mayer的观察来开发数学模型来解释磁铁的行为。

“早在19世纪,人们就在思考如何将旋转的流体碎片排列成多边形,”英格索尔说。“尽管对这些流体多边形进行了大量的实验室研究,但没有人想到将其应用到行星表面。”

为了做到这一点,研究小组使用了一套被称为浅水方程的方程来建立一个计算机模型,来预测木星上可能发生的情况,并开始进行模拟。

“我们希望探索使这些旋风稳定的参数的组合,”Cheng Li(Phd'17),Lig Author和51 PEGASI B博士队队员在UC Berkeley。“建立了预测由于地球的旋转,因此我们在初始试运行中发现了旋风倾向于在极处合并。”

然而,最终,研究小组发现,如果风暴周围都有一圈风向与旋转风暴相反的风,或者所谓的反气旋环,就会形成一个类似木星的稳定的风暴几何排列。反气旋环的存在导致风暴相互排斥,而不是合并。

英格索兰说,这项研究可以帮助科学家更好地了解地球上的天气行为。

“其他行星提供了比你在地球上看到的更广泛的行为范围,”他说,“所以你研究其他行星上的天气,以便对你的理论进行压力测试。”

###

本文以“朱昊航天器透露的木星透视的木星透视的涡流稳定性”的论文,“在国家科学院院长的9月8日刊上出现。共同作者是UC Berkeley的Cheng Li,以及哈里特布雷特(MS '19)和本科生亚历山德拉·克里普布,都是卡特赫。

请跟着舱门走推特就像我们一样脸谱网