土星神秘的六邊形風暴后可能存在地下漩渦

【內容簡介】：土星北極的六邊形風暴也是令人著迷土星標志之一，但這種奇怪的現象只出現在了土星的北極。 在一項新的研究中，一對研究人員調查了土星大量氣體的動力學規律，以此來弄清楚到底，是什么樣的行星流體動力學創造了這種神秘的結構。

土星的星環并不是它唯一的標志性特征。

在土星的北極還有一個六邊形的標志性特征。這一特征于1981年由科學家們在美國宇航局的旅行者2號航天器訪問土星時首次發現。土星的六邊形令人著迷，但也很奇怪：這種奇怪的現象只出現在土星的北極。在一項新的研究中，一個研究二人組調查了土星攪動氣體的動力學，他們希望弄清是什么樣的流體動力學創造了這種神秘的結構。

去年，來自馬薩諸塞州劍橋市哈佛大學地球和行星科學系的Rakesh Yadav和Jeremy Bloxham進行了為期一個月的計算機模擬，以了解土星六角形背后的物理學。

根據他們的論文，土星內部的大氣流動在這顆環狀行星的北極附近產生了大大小小的渦旋。在土星赤道上方約60度的地方，強大水平噴流被這些旋渦限制住，從而形成了六邊形的邊緣輪廓。

圖解：2013年7月22日，美國宇航局卡西尼號航天器在約611,000英里（984,000公里）的距離上拍攝到的土星北極的自然色視圖。(圖源：NASA/JPL-Caltech/空間科學研究所)

Yadav表示，該論文的其中一個主要觀點是：旋渦確實存在，但是是在云頂下的深處攪動，因此像旅行者2號和美國宇航局的卡西尼航天器任務飛過土星時大多看不到這個六邊形的漩渦。在旅行者2號的數據傳回地球后，科學家們假設，六邊形可能是由地下氣旋造成的，就像這項新的研究表明的那樣。

Yadav說，盡管卡西尼號從2004年到2017年對土星的觀測幫助科學家了解了更多關于這顆行星的流體動力學，但當航天器沒有發現它們存在的突出跡象時，關于地表下旋渦的理論并沒有多少立足點。

Yadav對深層湍流可壓縮對流進行了模型模擬，這種現象發生在液體或氣體的厚重的多層物質的底部，這種物質往往呈現底部熱，頂部冷的狀態。這種溫度差異導致物質以循環的方式上下運動。對流現象在自然界中無處不在，對流現象也是形成颶風和龍卷風的原因。

Yadav說，這種現象就像是有人將冷水放入鍋中，點燃爐灶并開始加熱這些水時發生的情況。當水將熱量向上傳遞到較冷的表面時，來自鍋底的熱量便攪動了水。

圖解：該gif圖由卡西尼號的成像相機獲得的圖像制作的，是第一部以彩色濾光片顯示土星六邊形的電影，也是第一部顯示從北極向下到北緯70度左右的完整視圖的電影。我們可以看見六邊形左下角存在一個漩渦，但研究人員Rakesh Yadav和Jeremy Bloxham的新模擬顯示出了無數看不見的漩渦，這些漩渦可能正在形成六角形。(圖源：NASA/JPL-Caltech/SSI/Hampton大學)

Yadav表示，他們捕捉到了單極六邊形背后的物理學原理，同時他們提供了一種新的可能性——在過去，土星可能在南極有一個六邊形，而在北極沒有，或者在每個極點都可能有一個六邊形。

但模擬并沒有形成六邊形的形狀；它產生了一個有角度的物體，有九個邊而不是六個。Yadav說，他們模擬背后的力學原理表明，地表下的渦流存在于幾何特征的背后。"在不同的條件下，我們或許可以更容易地得到六個邊而不是九個邊。"

計算機模擬的運行具有挑戰性，研究人員只能在現有的參數內進行小規模的研究。這篇論文報告了其中一個案例，Yadav希望研究人員在未來可以運行更多的案例，以更好地了解土星這個的美麗的六邊形印記。

BY: Doris Elin Urrutia

FY: 秋白

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