來自荷蘭天文研究學校的研究人員創建了一個新模型,認為這能解釋大型行星如木星和土星所見的極端噴流現象。所有四個巨行星(木星、土星、天王星和海王星)在赤道都有超快的噴流,但它們的自轉方向並不一致。至今為止,為何一些行星會出現東風而另一些則是西風的原因依然不明。這個團隊發現,隨著他們的新統一模型,對於不同風向的獨立解釋並不必要。
以木星和土星為例,它們的噴流是向東的(與行星的自轉方向相同),而天王星和海王星的噴流則是相反的方向。幾十年來,科學家無法解釋這種現象。四顆行星的條件相似,即自轉速度快、接受的陽光少且產生內部熱量,那麼為何它們的赤道風卻朝著相反的方向吹呢?
這項由 Keren Duer-Milner 主導的新研究發現,並不需要不同的機制來解釋每顆行星的噴流。相反,存在一種機制可以根據大氣深度的關鍵變量,自然產生東向或西向的噴流。其核心思想相當引人入勝。在這些行星的深層,內部的熱量通過對流上升,這種運動類似於沸水中的翻騰。
由於行星自轉非常快,這些上升和下降的氣流被扭曲並拉伸成水平流動,即噴流。在特定條件下,系統可以「選擇」兩種穩定配置之一。一種是赤道噴流朝東流動,另一種是朝西流動。這種現象稱為分岔,或者說是一個系統可以根據環境的微小變化而穩定在兩種不同狀態的點。
對流區的深度(對流延伸到大氣的深度)似乎是決定因素。團隊指出,木星和土星擁有深厚的對流層,能夠產生東向噴流。反觀天王星和海王星則擁有較淺的對流層,導致西向噴流的產生。這就是關鍵所在,同樣的機制卻有著兩種不同的結果。
這項研究的重要性在於,這些赤道噴流是太陽系中最快的風速,達到每小時 311 英里(約 500 公里)至每小時 1,243 英里(約 2,000 公里),遠遠超過地球上的任何風速。至今為止,科學家一直認為木星的東風和海王星的西風是由完全不同的過程所造成的,現在我們知道很可能是同一過程,只是在不同的範疇中運作。
研究團隊利用全球循環模型(GCM)和整個行星大氣的計算機模擬來測試這一理論。他們目前正將其預測與來自木星的 Juno 太空船數據進行比較,以尋找支持證據。如果這一模型成立,這也可能有助於解釋系外行星的氣候動力學(如環繞其他恆星的氣體和冰巨行星),因為許多行星可能擁有類似的快速自轉和內部熱量。
Keren Duer-Milner 表示:「我們希望能證明,我們相信在木星和土星中作用的機制同樣可以解釋天王星和海王星的赤道噴流。」她補充道:「我們感到興奮的是,我們終於找到了一個簡單而優雅的解釋來面對這一複雜的現象。」理解這些風的運作至關重要,因為它有助於我們了解影響行星大氣的基本過程,不僅限於我們的太陽系,還涵蓋整個銀河系。這一發現為我們理解宇宙中行星大氣和氣候的多樣性提供了一個新工具。




