揭示木星上的奇异风暴

在木星的南极，有一个引人注目的景象，甚至是一个覆盖着五颜六色的带状气体的巨型行星，其红色斑点大于地球。在行星的南极附近，大部分被人类的窥视所掩盖着，以不寻常的几何图案排列着一系列漩涡状的风暴。

自从它们于2019年首次被美国国家航空航天局(NASA)的朱诺(Juno)太空探测器发现以来，这些风暴对科学家来说是一个谜。风暴类似于地球上的飓风。但是，在我们的星球上，飓风不会像五星或六边形那样聚集在极点并以五边形或六边形的形状互相缠绕。

现在，加州理工学院行星科学教授安迪·英格索尔(Andy Ingersoll)的实验室中的一个研究小组发现了为什么木星的风暴表现得如此奇怪。他们是使用将近150年前英国数学物理学家和工程师Lord Kelvin撰写的证明得出的数学运算来实现的。

英格索尔(Juger团队的成员)说，木星的风暴与每年夏天和秋天袭击美国东海岸的风暴非常相似，只是规模更大。

他说：“如果您走到云顶之下，您可能会发现液态水滴，冰雹和大雪。” “风将是飓风风。地球上的飓风很好地模拟了我们在木星上看到的这些布置中的单个涡旋，但是这里没有那么令人惊叹的美丽。”

与在地球上一样，木星的风暴趋向于靠近赤道，然后向两极漂移。但是，地球的飓风和台风在它们离赤道太远之前就已经消散。木星只是继续前进直到它们到达极点。

英格索尔说：“不同之处在于，飓风在地球上流失了，而温暖的水又流进了各大洲。” 木星没有土地，“所以摩擦少了很多，因为没有什么可与之抗衡的。在云层下面只有更多的气体。木星的形成过程还剩下热量，可以与太阳产生的热量相比，所以温度它的赤道和两极之间的差异不如地球上那么大。”

然而，英格索尔说，这种解释仍然不能解释暴风雨一旦到达木星南极的行为，即使与其他天然气巨头相比，这也是不寻常的。土星，也是一个天然气巨人，在其两极都有一个巨大的风暴，而不是几何上排列的风暴集合。

英格索尔和他的同事们发现，为什么木星具有这些几何形状而其他行星却没有这样的谜，在过去，特别是美国物理学家阿尔弗雷德·梅耶(Alfred Mayer)和开尔文勋爵(Lord Kelvin)在1878年所做的工作中就可以找到答案。梅耶将漂浮的圆形磁铁放在水池中，观察到它们会自发地排列成几何形状，类似于木星上看到的形状，其形状取决于磁铁的数量。开尔文(Kelvin)使用梅耶(Mayer)的观察结果开发了一个数学模型来解释磁体的行为。

英格索尔说：“追溯到19世纪，人们一直在思考如何将流体旋转成多边形。” “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于行星表面。”

为此，研究团队使用了一组称为浅水方程组的方程式，建立了木星上可能发生的情况的计算机模型，并开始进行模拟。

“我们想探索使这些旋风分离器稳定的参数组合，”加州大学伯克利分校的主要作者，51 Pegasi b博士后研究员成力(Phd '17)说。“已有理论预测，由于行星的旋转，气旋会在极点合并，这就是我们在最初的试验中发现的。”

最终，研究小组发现，如果每个风暴都被一圈与自旋风暴相反方向旋转的风环或所谓的反气旋环所包围，则会形成类似于木星的稳定风暴结构。反气旋环的存在使风暴相互排斥，而不是合并。

英格索尔说，这项研究可以帮助科学家更好地了解地球上的天气如何运转。

他说：“其他行星提供的行为比您在地球上看到的行为要广泛得多，因此您需要研究其他行星的天气，以便对理论进行压力测试。”

该论文的标题为“模拟朱诺航天器揭示的木星两极涡旋多边形图案的稳定性”，该论文发表在9月8日的美国国家科学院院刊上。

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