加州大學的科學家破解了木星極地氣旋形成之謎了嗎？還早呢

加州大學的科學家破解了木星極地氣旋形成之謎了嗎？還早呢！

文/袁玉剛 圖/來自網際網路

2016年，美國宇航局「朱諾號」探測器發現木星北極有8個巨大氣旋環繞著一個中心氣旋，而在南極則存在5個氣旋環繞著一個中心氣旋。每個氣旋風暴直徑在4000-7000公裡之間，保持幾乎相同的間距，至今依然存在，沒有像地球上的氣旋一樣向極地漂移，在陸地和冷水上空逐漸消散，也沒有像土星一樣在兩極合併成一個氣旋。科學家們對此感到迷惑不解。

圖1 美國宇航局「朱諾」探測器紅外極光製圖儀（JIRAM）2017年2月2日拍攝的木星北極中心氣旋和環繞它的8個氣旋

圖2 美國宇航局「朱諾」探測器紅外極光製圖儀（JIRAM）2016年拍攝的木星南極中心氣旋和環繞它的5個氣旋

2019年11月，「朱諾」探測器發現木星南極多了一個氣旋，成了6個氣旋圍繞一個中心氣旋旋轉。

圖3 美國宇航局「朱諾」探測器紅外極光製圖儀（JIRAM）2019年11月拍攝的木星南極中心氣旋和環繞它的6個氣旋

木星夠詭秘了吧！其它行星上沒有發現這種現象。

世界上許多科學家都在積極探索木星極地幾何形狀氣旋的形成機理。

2020年9月中旬，美國加州大學貝克利分校行星科學家李成在9月7日出版《美國國家科學院院刊》上發表研究成果，認為：「之前所有的理論都預測巨型行星極地上空的主氣旋對極地區域起到主導作用，就像我們在土星上觀察到的那樣，或者仍然是一片混沌狀態。我們在木星觀測到的狀況意味著之前的理論都是錯誤的，我們需要一些新的理論提供支持。」

因此，李成和同事研發了一個計算機模型，以便解釋木星氣旋的形成之謎。

研究發現，這些氣旋的「穩定性部分取決於氣旋進入木星大氣層的深度，但主要取決於每個氣旋周圍的反氣旋環——也就是說，反氣旋環旋轉方向與每個氣旋旋渦方向相反，反氣旋環較少的屏蔽，將導致氣旋合併；反氣旋環較多的屏蔽，將促進氣旋彼此分離。」

可惜的是，李成和同事並沒有給出反氣旋環的位置和數量。

李成坦言：仍有許多氣旋簇未解之謎亟待揭曉，例如：為什麼木星旋渦恰好佔據適中的反氣旋屏蔽區這樣有利的位置？這些氣旋最初是如何形成的，是在哪裡形成的？

在我看來，李成的研究有助於解決旋渦簇的問題，但只是研究表面現象，並沒有抓住問題的本質，可能得不到理想的結果。

首先，我們要了解旋渦的形成機理，多學學流體力學。主要是流體的高速運動的剪切力差導致力矩的產生，當然流體要足夠多或者足夠深。

其次，要尋找力源。依靠物質自身的萬有引力是不會形成旋渦的，只有能夠形成剪切力差的外力才能促使流體產生旋渦。

再次，要研究旋渦裡物體的運動規律。

木星的主體以及大氣層都處在一個旋渦中，是旋渦的力推動木星的全部物質在旋轉。而不是木星的主體部分帶動大氣旋轉。氣旋還是反氣旋都是在同一系統中被動形成的，可能此起彼伏，也可能共同進退，但不能認為氣旋影響反氣旋的形成，也不能認為反氣旋影響氣旋的形成。

木星兩極之所以旋渦成簇，主要是因為木星旋渦系統自轉速度特別快。土星只有一對極地旋渦，是因為土星旋渦自轉得慢了點。這個可以做室內實驗驗證。自轉速度加大，次級小旋渦就會出現。因為處於次級殼層，所以會像原子裡的電子一樣均勻整齊地排列起來，並且兩翼平衡。不管是八個氣旋還是六個氣旋都是大旋渦高速旋轉形成的穩定系統。之所以如此密集規則，主要是大旋渦中心自轉快，壓力大；再向外，小旋渦就不會如此規則穩定了。

圖4 木星北半球分層

我們看到地球上的颱風會向兩極運動，以為木星上也是如此。這就錯了。木星的大紅斑已經發現幾百年，還在南半球低緯度待著。它不是不想向兩極運動，而是有一種力量制約著它，動不了。這種力量就是行星系旋渦力。旋渦力越大，行星系大氣層運動速度就越大，旋渦裡的物體就越難串位。所以，我推測木星兩極的旋渦簇佔據了天時、地利、星和，是在兩極形成的，不是低緯度漂移過來的。