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土星北极惊现神秘六角形风暴 疑为巨型急流(图)

http://www.kexue.com 2014-04-11 13:44:03 凤凰科技  发表评论

  自30年前科学家们首次观测到土星北极怪异的六面体风暴,这一现象就让天文学家困惑不已。而现在天文学家相信他们已经解开这一谜题,了解了它的工作原理并在此过程中确定了土星的自转周期——土星是太阳系内科学家唯一未知其自转周期的行星。土星的巨大风暴有点类似地球上的急流,这也解释了为什那么它看起来并不像在移动。

  环绕土星北极的六面体形状是波动起伏的急流,时速达200英里,跨距达3万千米——大约是地球直径的2倍。在太阳系内任何行星上从未发现类似这样的规则几何形状。西班牙University of the Basque Country UPV / EHU (简称UPV / EHU)的行星科学小组现在研究并测量了这一现象,继而确定它以及土星的旋转周期。

  1980年和1981年美国宇航局旅行者1号和旅行者2号太空探测器首次经过土星,当时距离太阳15亿千米。在两个探测器的众多发现中,它们观测到土星北极最上层云里一个奇怪六角形状结构。这一结构几乎静止不动,旅行者号探测器拍摄的图片显示六角形内部的云在封闭的急流里快速移动,且被风以超过400英里的时速拖动。30年后——相当于土星1年,以及接下来的连续六年内,UPV/EHU行星科学研究小组与不同国家的天文学家合作,再次细节观测了土星北极区域并证实了六角形结构依然存在。“地球上的飓风一般持续一周,但土星的这个结构已经存在了几十年,或可能会继续存在数个世纪,谁知道呢?” 美国加州理工学院卡西尼探测器项目科学家安德鲁·林格索尔(Andrew Ingersoll)这样说道。

  研究人员发现季节的变化并不会影响六角形结构和它的喷气流,因此他们总结称这一结构属于位于大气层深处的更广泛的波的一部分。UPV/EHU的研究人员认为六角形和它的急流是一种类似地球中纬度形成的“罗斯比波”的表现形式。

  在地球上,急流蜿蜒曲折的从西向东流动,与之相随的是低压和反气旋地区系统,这在气象地图上经常可以看到。而土星作为一个体积是地球10倍的氢气巨星,它的上层云非常寒冷,没有固体表面,大气层和海洋一样深,“预计急流的六角形波状运动将垂直传播,向我们揭示土星隐藏大气层的某些方面。”UPV/EHU行星科学研究小组带头人的奥格斯汀·桑彻斯·莱维伽(Agustín Sánchez Lavega)这样说道。

  “六角形的运动可能与土星深度有关,这一结构的旋转周期现已确定为10小时39分钟23秒,这也是土星的旋转周期。” 桑彻斯·莱维伽补充说道。由于土星具有27度的倾斜角,它的极地大气层会经历强烈的季节变化——在经历7年的漫长极夜后将迎来长达23年的漫长日光期。

  在以极高的精确性测量六角形至高点的位置后,科学家们确定它的移动相当稳定,基于云的运动内部急流仍未发生改变。在地球上,天气模式会被陆地上的摩擦形式所中断,因此科学家们怀疑土星六角形的稳定性可能与缺少固体陆地形式有关,因为本质上土星是个巨型气球。

  自2012年下半年太阳开始照亮土星,这使得科学家们能够获得有关六角形结构更好的视野。卡西尼号太空飞船利用不同颜色滤镜拍摄的图片为研究人员展示了土星顶部的完整视野,高分辨率照相机拍摄的大量六角形结构图片更好地展示了内部云结构的移动。科学家们观测到北极风暴以及针对六角形旋转方向而反向旋转的小型旋涡。有的旋涡甚至急速横扫过急流。最大的旋涡跨距3500米,体积是地球上已知最大飓风的2倍。

  科学家们分析了这些图片的伪色图,这种渲染方法使得他们能够更好地区分六角形内部和外部大气层里悬浮粒子类型之间的差异。“在六角形内部,大型雾霾粒子非常少,集中表现为小型雾霾粒子,而在六角形外部情况恰好相反。”卡西尼探测器项目成像小组成员、美国弗吉尼亚州汉普顿大学的库尼·萨雅纳吉(Kunio Sayanagi)这样说道。“六角形急流就像一个障碍物,导致了某种类似地球南极臭氧层空洞的产生。” 南极臭氧层空洞形成于被急流封闭的地区。冬天的环境条件促使毁坏臭氧的化学过程发生,而急流会阻止外部臭氧的重新补充。

  在土星上,太阳照耀大气层时会产生较大的气溶胶粒子,但这些气溶胶粒子无法从外部进入六角形急流。直到近期,随着2009年8月土星北半球迎来了春天,太阳光才照射整个北半球。“2017年土星到达夏至,整个北极的光照条件将得到极大的改善,我们将能够追踪六角形结构边界内外发生的变化。”卡西尼号项目科学家斯科特·埃金顿(Scott Edgington)这样说道。(编译/严炎刘星)

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