土星神秘的六边形风暴后可能存在地下漩涡

【内容简介】：土星北极的六边形风暴也是令人着迷土星标志之一，但这种奇怪的现象只出现在了土星的北极。 在一项新的研究中，一对研究人员调查了土星大量气体的动力学规律，以此来弄清楚到底，是什么样的行星流体动力学创造了这种神秘的结构。

土星的星环并不是它唯一的标志性特征。

在土星的北极还有一个六边形的标志性特征。这一特征于1981年由科学家们在美国宇航局的旅行者2号航天器访问土星时首次发现。土星的六边形令人着迷，但也很奇怪：这种奇怪的现象只出现在土星的北极。在一项新的研究中，一个研究二人组调查了土星搅动气体的动力学，他们希望弄清是什么样的流体动力学创造了这种神秘的结构。

去年，来自马萨诸塞州剑桥市哈佛大学地球和行星科学系的Rakesh Yadav和Jeremy Bloxham进行了为期一个月的计算机模拟，以了解土星六角形背后的物理学。

根据他们的论文，土星内部的大气流动在这颗环状行星的北极附近产生了大大小小的涡旋。在土星赤道上方约60度的地方，强大水平喷流被这些旋涡限制住，从而形成了六边形的边缘轮廓。

图解：2013年7月22日，美国宇航局卡西尼号航天器在约611,000英里（984,000公里）的距离上拍摄到的土星北极的自然色视图。(图源：NASA/JPL-Caltech/空间科学研究所)

Yadav表示，该论文的其中一个主要观点是：旋涡确实存在，但是是在云顶下的深处搅动，因此像旅行者2号和美国宇航局的卡西尼航天器任务飞过土星时大多看不到这个六边形的漩涡。在旅行者2号的数据传回地球后，科学家们假设，六边形可能是由地下气旋造成的，就像这项新的研究表明的那样。

Yadav说，尽管卡西尼号从2004年到2017年对土星的观测帮助科学家了解了更多关于这颗行星的流体动力学，但当航天器没有发现它们存在的突出迹象时，关于地表下旋涡的理论并没有多少立足点。

Yadav对深层湍流可压缩对流进行了模型模拟，这种现象发生在液体或气体的厚重的多层物质的底部，这种物质往往呈现底部热，顶部冷的状态。这种温度差异导致物质以循环的方式上下运动。对流现象在自然界中无处不在，对流现象也是形成飓风和龙卷风的原因。

Yadav说，这种现象就像是有人将冷水放入锅中，点燃炉灶并开始加热这些水时发生的情况。当水将热量向上传递到较冷的表面时，来自锅底的热量便搅动了水。

图解：该gif图由卡西尼号的成像相机获得的图像制作的，是第一部以彩色滤光片显示土星六边形的电影，也是第一部显示从北极向下到北纬70度左右的完整视图的电影。我们可以看见六边形左下角存在一个漩涡，但研究人员Rakesh Yadav和Jeremy Bloxham的新模拟显示出了无数看不见的漩涡，这些漩涡可能正在形成六角形。(图源：NASA/JPL-Caltech/SSI/Hampton大学)

Yadav表示，他们捕捉到了单极六边形背后的物理学原理，同时他们提供了一种新的可能性——在过去，土星可能在南极有一个六边形，而在北极没有，或者在每个极点都可能有一个六边形。

但模拟并没有形成六边形的形状；它产生了一个有角度的物体，有九个边而不是六个。Yadav说，他们模拟背后的力学原理表明，地表下的涡流存在于几何特征的背后。"在不同的条件下，我们或许可以更容易地得到六个边而不是九个边。"

计算机模拟的运行具有挑战性，研究人员只能在现有的参数内进行小规模的研究。这篇论文报告了其中一个案例，Yadav希望研究人员在未来可以运行更多的案例，以更好地了解土星这个的美丽的六边形印记。

BY: Doris Elin Urrutia

FY: 秋白

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