这种与地球令人毛骨悚然的相似之处终于解开了木星气旋之谜

地球和木星没有太多共同点。

一个相对较小,多岩石且适合居住。另一个绝对是巨大的,完全缺乏坚固性,并伴随着巨大的风暴。然而,如果你看一些地球上海洋浮游植物开花的卫星照片,旁边是木星两极大气湍流的照片,很难将它们区分开来。

这是一个惊人的相似之处,最终让我们找到了导致木星壮观湍流的原因的答案:潮湿对流。这是温暖、密度较低的空气上升的时候,即使是小规模的,也足以在我们太阳系最大的行星上造成巨大的气旋。

而且,令人着迷的是,需要一位海洋科学家才能建立联系。

斯克里普斯海洋研究所的海洋学家莉亚·西格尔曼说: “当我看到木星旋风周围的湍流与所有细丝和较小的涡流的丰富性时,它让我想起了你在涡流周围的海洋中看到的湍流。”

“例如,这些在浮游生物大量繁殖的高分辨率卫星图像上尤为明显。”

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地球和木星上的漩涡。(NASA OBPG OB.DAAC/GSFC/Aqua/MODISImage/Gerald Eichstädt)

不久前,有人提出潮湿对流作为木星湍流背后的机制,但我们无法获得确认所需的足够详细的数据。然后朱诺赶到了现场。它围绕这颗气态巨行星的轨道将它带到了两极,让我们第一次看到了这些湍流区域的详细视图。

在那里,科学家们看到了直径 5,000 公里(3,100 英里)的奇特气旋群,其漩涡和细丝规模较小,从 100 公里到 1,600 公里不等。

Juno 配备了两个摄像头——光学和红外——分辨率低至 10 公里。西格尔曼和她的同事分析了朱诺号拍摄的气态巨行星北极的图像,使用光学图像序列来跟踪云层的运动,从而估算出风速和风向。

红外图像使他们能够看到这些图像的温度;较热的区域代表较薄的云,较冷的区域代表较厚的云。

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地球和木星上的湍流。( NASA OBPG OB.DAAC/GSFC/Aqua/MODISImage/JPL/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt )

这种详细程度使团队能够弄清楚湍流是如何发生的。他们发现,来自距离不到 100 公里的起源的热、密度较低的空气的快速上升对流上升流将能量向上传递到巨大的气旋中,为它们提供食物并维持它们。(虽然,要完全清楚,我们仍然不知道是什么让这些旋风开始。)

在任何其他星球上都没有观察到这种类型的能量转移。有趣的是,它类似于快速旋转的瑞利-贝纳德对流的理想化研究;这是对流,其中水平的下层流体被加热并上升到上面的较冷层。这种相似性支持了木星极地气旋中的湿对流模型。

这一发现始于地球以及我们的母星与木星之间的惊人相似之处。研究人员说,它还会回飞镖回到地球:它可能能够为我们自己的大气过程提供一些见解。在地球上进行的风观测显示出与木星观测相似的动能谱,这表明两颗行星上可能正在发生非常相似的能量转移。

“能够研究如此遥远的行星并找到适用于那里的物理学是令人着迷的,”西格尔曼说。“这引出了一个问题,这些过程是否也适用于我们自己的蓝点?”

未来的调查将需要证实这一点,但它最终可能有助于更好地了解我们的家园星球。

该团队的研究已发表在《自然物理学》上。

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