科学家们为土星的极地旋风机提出了可能的机制

土星的北极漩涡。

来自麻省理工学院的大气科学家开发了一种简单的模型，可以预测其他行星上的旋风活动。

在过去十年中，天文学家在土星的杆上观察了好奇的“热点”。2008年，美国宇航局的Cassini航天器横梁横梁的这些热点的特写图像，揭示它们是巨大的旋风，每个都是宽阔的地球。科学家估计，土星的旋风可能会鞭打300英里/小时的风，并且可能已经搅动多年。

虽然地球上的旋风被海洋的热量和水分推动，但土星上没有存在的水体。那么，可能导致这么强大，持久的风暴？

在今天发表的论文中，在自然地球科学，麻省理工学院的大气科学家提出了土星的极地旋风机的可能机制：随着时间的推移，整个行星的小，短暂的雷暴可以在大气中积聚角度，或旋转，最终在杆子上搅拌巨大和持久的涡流。

研究人员制定了一个简单的土星氛围模型，并模拟了多个小雷暴在地球上形成的效果。最终，他们观察到每个雷雨基本上都将空气朝向杆子 - 并且在一起，这很多小型，隔离的雷暴可以积累足够的大气能量，以产生更大和长寿的旋风。

该团队发现飓风发展是否依赖于两个参数：行星的大小相对于其上平均雷暴的大小，以及风暴诱导的能量在其大气中程度。鉴于这两个参数，研究人员预测，海王星，带有类似的极地热点，应该产生出现的瞬态极性旋风，而木星应该没有。

摩根·奥尼尔，该论文的领先作者和麻省理工学院地球部门的前博士生（EAPS）（EAPS）表示，该团队的模型最终可用于衡量太阳系以外的行星的大气条件。例如，如果科学家们在远离外部的外延上检测到旋风状热点，则它们可能能够在整个星球上估计风暴活动和一般大气条件。

“在观察到之前，我们从未考虑过一个杆子的可能性，”O'Neill说，他现在是以色列Weizmann科学研究所的博士。

“最近才能让Cassini向我们提供这一巨大丰富的观察，这使得最近才能思考为什么[极地旋风器]发生。”

奥尼尔的共同作者是凯瑞·埃米瓦尔，塞西尔和IDA绿色地球，大气和行星科学教授，以及EAPS教授的Glenn Flierl。

靠旋转旋风

Solary飓风在土星上是一种令人费解的现象，因为该球集被称为煤气巨头，缺乏用于酿造这种暴风雨的必要成分：水面上的水。

“根本没有表面 - 它刚刚变得更深，”奥尼尔说。“如果你缺乏波涛汹涌的水域或允许风融合的摩擦表面，这就是地球上的飓风如何形成，你怎么可能会得到类似于煤气巨头的东西？”

答案，她发现，可能是一个被称为“beta drift”的东西 - 一个行星旋转导致小雷雨朝向杆子漂移的现象。Beta Drift推动了地球上飓风的运动，而不需要存在水。当风暴形成时，它在表面的一个方向上旋转，朝向上层大气的相反方向，产生“血糖的偶极性”。（实际上，从太空中采取的飓风的视频实际上描绘了风暴的旋转与地面所观察到的相反。）

“随着行星旋转，整个氛围都被行星拖动，所以所有这些空气都有一些环境角动量，”奥尼尔解释道。“如果你在雷暴的基地汇合了一堆空气，你会得到一个小旋风。”

行星旋转和循环风暴的组合产生称为β陀螺的次要特征，其缠绕在风暴周围，并基本上将其偶极子分成一半，将上半部分朝向赤道延伸，并朝向杆。

该团队开发了一个土星的氛围型号，每次数百天都耗尽了数百个模拟，允许小雷暴弹出整个星球。研究人员观察到多次雷暴经历了β随着时间的推移漂移，并且最终积累了足够的大气循环，以在杆子上产生更大的旋风。

“在他们溅出并死亡之前，这些风暴中的每一个都在漂流一点点，”奥尼尔说。“这种机制意味着小雷暴 - 快速，丰富，但不是非常强烈的雷暴 - 在很长一段时间内实际上可以积累这么多的角色势头，你得到永久性，疯狂的旋风。”

下一站：木星

该团队还探讨了行星不会形成极地旋风的条件，即使他们可能会遇到雷暴。研究人员发现，极地旋风形式是否依赖于两个参数：行星内的能量，或其雷暴的总强度;它的雷暴平均大小，相对于行星本身的大小。具体而言，与行星尺寸相比，平均雷暴越大，极性旋风器的可能性越多。

奥尼尔将这种关系与土星，木星和海王星应用。在土星的情况下，地球的大气条件和风暴活动在产生大极旋风的范围内。相比之下，木星不太可能举办任何极地旋风，因为任何风暴与其整体尺寸的比例会非常小。海王星的尺寸表明，极地旋风分音可能存在于那里，尽管在短暂的基础上。

“土星在每个杆子上有一个激烈的旋风，”卡特克的行星科学教授安德鲁英格索斯说，他不参与该研究。“模型成功占据了这一点。木星似乎没有像土星一样的极地旋风，但木星没有像土星一样倾斜，所以我们没有得到良好的杆子。因此，木星上的极性气旋的明显没有缺席仍然是一个谜。“

研究人员渴望看到他们的预测，特别是对木星，熊熊。明年夏天，美国宇航局的朱诺航天器计划安排在木星周围的轨道进入木星，启动一年的使命来映射和探索木星的气氛。

“如果我们对木星目前的了解是正确的，我们预测我们不会看到这些疯狂的旋风，”奥尼尔说。“如果我们的预测是真的，我们将在明年找到。”

本研究部分由国家科学基金资助。

出版物：摩根e o'neill等，等，“巨型行星大气压的”极地涡旋形成，由于潮湿的对流，“自然地球科学，2015; DOI：10.1038 / NGEO2459

图像：图象由CALTECH / SPACE SCIECS INSTUTE提供