大气谜团：从金星到木星
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翻译：王永丰
校对：牧夫天文校对群
后台：库特莉亚芙卡李子琦徐⑨坤
原文链接：https://www.space.com/jupiter-polar-vortices-stability.html
近期人们把目光投向金星 ， 它厚重的大气层中检测到与生命相关的磷化氢物质 。 金星的热点还没过 ， 木星又来凑热闹了 。 一直以来 ， 木星的大气现象就令人着迷 ， 最新的研究带领我们走进这个巨型气态行星 。
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朱诺木星探测器credit：space.com
2016年 ， NASA的朱诺探测器进入木星轨道 。 当它飞过南北两极时 ， 发现木星极地地区存在几个巨大风暴 ， 而且这些气旋在极地地区规律地排列着 。 北极地区存在一个中心风暴 ， 并且还有8个气旋围绕着他 。 南极地区则是一个中心风暴被6个气旋包围着 。
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木星北极的巨大气旋credit：space.com
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木星南极的巨大气旋credit：NASA/JPL
这些极地气旋是如何形成的？为何每个都能保持相对固定的位置而不是合并成一个巨大的风暴 ， 这些问题一直困扰着科学家 。 随着新研究的进展 ， 我们找到了一些答案 ， 但也发现了新的谜题 。
来自加州大学的行星科学家李成教授解释道：''木星的极地区域和其它行星迥然不同 ， 我们惊讶的发现：众多气旋如此有规律的排列着 。 ''
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木星南极六边形分布的气旋阵
Credits:NASA/JPL-Caltech/SwRI/ASI/INAF/JIRAM
每个巨大气旋的宽度都在4000千米到7000千米之间不等 ， 与位于中央的风暴保持着大概8700千米的距离 。 在朱诺探测器抵达后的四年里 ， 这些巨大的气旋和他们组成的几何阵几乎没有发生变化 ， 而这背后的原因一直是一个谜 。
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从空间站俯瞰2003年的飓风伊莎贝尔
credit：nasa.gov/connect/chat/hurricane_chat.html
在地球上 ， 风暴永远都是向着南北两极移动 ， 但它们登陆后或进入海洋冷水区域 ， 然后逐渐消失 。 相比之下 ， 木星上既没有陆地也没有海洋 ， 是什么在阻挡这些巨大气旋本该发生的合并呢？（土星与木星都是巨星气态行星 ， 但在土星的南北两极却都只有一个风暴）
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2006年卡西尼探测器在土星北极拍摄的风暴
credit：solarsystem.nasa.gov/news/13037/a-vexing-hexagon
''据我们之前的所有理论推断 ， 所有巨行星的极地地区要么会被一个巨大风暴所占据 ， 就像土星那样 ， 要么就是完全混乱的 。 ''李教授说 。 ''我们之前所有的理论已经被我们在木星上所看到的景象推翻 ， 我们需要新的理论 。 ''
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土星北极的风暴credit:space.com
为了解决这个难题 ， 李教授和他的同事根据朱诺探测器传送回来的关于木星巨大气旋的数据 ， 在电脑上进行模拟 。 李教授所关注的是哪些因素可以阻止气旋的合并 ， 保持它们所组成的几何阵型 。
研究者发现这些气旋在地理位置上的稳定性一小部分取决于他们在木星大气层下的高度 。 但主要还是因为每一个气旋都被一圈与自己相反运动的风所包围 。 而当这一圈反向风的风力过小时 ， 这些气旋便会向极点继续移动而最终合并形成一个巨大气旋 。 如果反向风的风力过大 ， 则会使气旋之间距离增大 ， 气旋阵也会被拆散 。
这个反向风的推测虽然解决了气旋不合并的难题 ， 但同时它也带来了新的疑惑 。 例如：为何这个反向风的风力可以长时间保持不发生巨大变化 ， 不强不弱 ， 正好将所有气旋''钉''在他们的位置上 。 ''这个反向风为何一直保持在合适的风力上？对此我们毫无头绪 。 ''李教授说 。
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大气旋比整个美国还大 ， 小气旋也大过整个德州
credit:https:space.com/jupiter-polar-vortices-stability
现在科学家致力于研究这些气旋是如何形成的 。 第一种可能是他们就在极地形成 。 ''不过我们认为这些气旋在木星其它区域形成然后慢慢移动到南北两极的可能性更大 。 ''
当研究者数据建模后 ， 他们便可以确认哪种形成方式可能性更大 ， 之后根据这些气旋的形成方式来计算反向风的形成 。 但推算这些气旋的形成方式是一个挑战 ， ''因为若要建立这些气旋模型 ， 我们既需要拥有极为精细的3D建模技术 ， 又需要拥有关于这些气旋更精细全面的数据 ， 但我们并没有收集到完整的气旋数据 ， 例如我们并不了解它们的内部结构 。 ''李教授解释道 。 ''虽然我们的数据不够全面 ， 但我们正在尝试可能的内部结构模型 ， 看哪些与朱诺收集的木星气旋数据最为匹配 ， 再做更深的研究 。 ''
责任编辑：毛明远
牧夫新媒体编辑部
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『天文湿刻』牧夫出品
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年度天文摄影获奖作品--仙女星系
【大气谜团：从金星到木星】摄影师：NicolasLefaudeux
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