?溫度變化，水、氣翻騰，形成土星北極神秘的六邊形結(jié)構(gòu)。

【內(nèi)容簡介】：土星北極的六邊形風(fēng)暴也是令人著迷土星標志之一，但這種奇怪的現(xiàn)象只出現(xiàn)在了土星的北極。 在一項新的研究中，一對研究人員調(diào)查了土星大量氣體的動力學(xué)規(guī)律，以此來弄清楚到底，是什么樣的行星流體動力學(xué)創(chuàng)造了這種神秘的結(jié)構(gòu)。

圖解：土星著名的光環(huán)非常壯觀。最近發(fā)現(xiàn)的環(huán)直徑至少是地球的200倍，可以容納10億個地球。圖源：NASA。

土星粗大的光環(huán)不是它唯一的標志性特征。

土星的北極也有一個六邊形的特征，1981年美國宇航局的旅行者2號宇宙飛船訪問土星時，科學(xué)家們第一次觀測到這個特征。土星的六邊形雖令人著迷，但也充滿了奇怪的現(xiàn)象：這種奇怪的現(xiàn)象只出現(xiàn)在土星的北極。在一項新研究中，兩位學(xué)者研究土星擾動氣體的動力學(xué)，以找出是什么樣的行星流體動力學(xué)創(chuàng)造了這種神秘結(jié)構(gòu)。

去年，位于馬薩諸塞州劍橋的哈佛大學(xué)地球和行星科學(xué)系的拉凱什·亞達夫和杰里米·布洛克漢姆進行了為期一個月的計算機模擬，來解釋土星六邊形背后的物理機制。

圖解：土星六邊形的層視圖。圖源：UPV/EHU

根據(jù)他們的論文，大氣在土星內(nèi)部流動，在土星環(huán)北極附近的行星處形成大大小小的渦流。一道強烈的水平噴射流在赤道上方約北緯60°上運行，受到這些渦流的約束和限制，形成了六邊形的邊緣。

圖解：2013年7月22日，美國宇航局的卡西尼號宇宙飛船在距離土星大約611000英里（984000公里）的地方拍攝到了這張土星北極的自然彩色照片。圖源： NASA

根據(jù)亞達夫的說法，這篇論文的主要觀點之一為渦流確實存在，但在云頂下方深處擾動。因此，像旅行者2號和美國宇航局的卡西尼任務(wù)一樣飛越土星的航天器幾乎看不見漩渦。旅行者2號的數(shù)據(jù)返回地球后，科學(xué)家們假設(shè)六邊形可能是由地下深處的氣旋引起的，就像這項新研究所表明的那樣。

圖解：美國航天局卡西尼號宇宙飛船在土星執(zhí)行任務(wù)的構(gòu)想圖。圖源：NASA。

雖然亞達夫在2004年~2017年的發(fā)現(xiàn)幫助了科學(xué)家們了解更多行星流體動力學(xué)，但當(dāng)飛船沒有發(fā)現(xiàn)其存在顯著跡象時，有關(guān)深層渦流的理論就站不住腳了。

亞達夫針對深層渦流可壓縮對流建立了一個仿真模型，這種現(xiàn)象發(fā)在厚的多層液體或氣體物質(zhì)底部，而且底部是熱的頂部是涼的。這種溫度差導(dǎo)致物質(zhì)上下做圓周運動。對流在自然界中無處不在，這就是造成地球上颶風(fēng)和龍卷風(fēng)的原因。

亞達夫說這種現(xiàn)象類似于人把冷水倒入鍋里、點燃爐子、開始燒水。當(dāng)水向上和較冷的表面?zhèn)鬟f熱量時，鍋底部的熱量攪動了水。

圖解：這個影像是由卡西尼號的成像相機拍攝的，是第一部用彩色濾光片顯示土星六邊形的電影，也是第一部從北極到北緯70°的完整畫面。在六邊形的左下角有一個漩渦是可見的，但是研究人員亞達夫和布洛克漢姆的新模擬顯示了許多不可見的漩渦，可能正是這些漩渦創(chuàng)造了六邊形。圖源：NASA。

亞達夫說，他們的仿真捕獲了單極六邊形背后的物理現(xiàn)象，并且提供了一種可能，過去，土星可能在南極有個六邊形，而不是在北極，或者可能兩極都有六邊形。

仿真并沒有得到六邊形的形狀，他產(chǎn)生了一個有9條邊而不是6條邊的角度的物質(zhì)。但是亞達夫說，他們仿真背后的機制表明，地下深層的渦流在其幾何特征的后面。在不同條件下，我們很可能得到6條邊而不是9條邊。

計算機仿真具有很大難度，學(xué)者們只能在現(xiàn)有參數(shù)內(nèi)做小型研究。這篇論文報道了一種情況，亞達夫希望學(xué)者們可以運行更多的情況，以更好地了解土星美麗的標志。

BY: Doris Elin Urrutia

FY: 武薇

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