金星可以算是太陽系中一顆特立獨(dú)行的行星了，其大氣層的環(huán)流速度比星球本身的自轉(zhuǎn)還要快，因此金星又被稱為?'?超級(jí)旋轉(zhuǎn)體 '。在太陽系的已知天體中，只有土衛(wèi)六有著這樣的特性。科學(xué)家們一直以來都在嘗試著解釋這種現(xiàn)象背后的成因，目前有一個(gè)由全世界各地研究者組成的團(tuán)隊(duì)可能已經(jīng)解開了金星大氣層快速旋轉(zhuǎn)的謎團(tuán)。

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金星上的風(fēng)速最快可以達(dá)到金星自轉(zhuǎn)的60倍之多，所以雖然金星自轉(zhuǎn)一周需要整整243天，其大氣層繞金星一周卻只需要短短的4天。相比之下，地球的大氣層繞地速度只有地球自轉(zhuǎn)的10%到20%?？茖W(xué)家們?cè)谏鲜兰o(jì)60年代就發(fā)現(xiàn)了金星大氣的這一特征，但始終無法得知其背后的成因。

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圖1：超級(jí)旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象在金星的陰面與光面都有發(fā)生，然而在光面的旋轉(zhuǎn)較為有規(guī)律與統(tǒng)一；陰面卻難以預(yù)測(cè)。圖源來自：JAXA, ESA, J. Peralta 與 R. Hueso.

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2016年，研究者在金星大氣中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)大型的靜止重力波結(jié)構(gòu)。這個(gè)弓狀結(jié)構(gòu)穿過金星的云層頂端并延伸了約1萬千米，且相對(duì)于金星表面保持著靜止?fàn)顟B(tài)，但金星大氣還是在持續(xù)地高速旋轉(zhuǎn)。

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2018年，一篇論文詳細(xì)說明了重力波在金星大氣高速旋轉(zhuǎn)中發(fā)揮了怎樣的作用。金星上的重力波非常強(qiáng)大，因其大氣都是往同一方向運(yùn)動(dòng)的，而在地球上，因?yàn)榈厍蛏巷L(fēng)的方向不像金星上那么單一，所以并不能產(chǎn)生如金星般的重力波結(jié)構(gòu)。這一篇論文的確闡述了巨大重力波可以改變金星的旋轉(zhuǎn)速率，但并沒有解釋金星那近乎瘋狂的超高速大氣環(huán)流。

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圖2：破曉號(hào)衛(wèi)星拍攝到金星上層大氣中的重力波。圖源來自：JAXA

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“自從超級(jí)旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象在60年代被發(fā)現(xiàn)，其神秘的形成原因在科學(xué)界一直是個(gè)不解之謎?！币黄P(guān)于超級(jí)旋轉(zhuǎn)論文的主要作者說道。

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這篇新的論文叫做‘重力波與大氣湍流是如何維持金星大氣超級(jí)旋轉(zhuǎn)的’，此論文的主導(dǎo)作者是來自北海道大學(xué)的堀之內(nèi)武副教授，并在《科學(xué)》雜志上發(fā)表。大體上來說，這篇文章將金星大氣的超級(jí)旋轉(zhuǎn)歸結(jié)于兩個(gè)成因。在金星的赤道上，?來自太陽光的加熱在金星的光面產(chǎn)生了大氣潮汐波，在其陰面，冷卻也會(huì)產(chǎn)生同樣的波。然而在金星的兩極，事情卻有所不同。一篇報(bào)道指出，越靠近兩極的地方，大氣湍流與其他的波就會(huì)發(fā)揮更加顯著的作用。

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這篇新論文所做出的結(jié)論是基于日本破曉號(hào)衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，破曉號(hào)運(yùn)行在一個(gè)橢圓的繞金星軌道上。且破曉號(hào)作為歐洲空間局金星快車（2006年到2014年期間運(yùn)行在金星極軌道的衛(wèi)星）的合作飛船，這一對(duì)探測(cè)器為我們了解金星做出了極大的貢獻(xiàn)。破曉號(hào)上載有5個(gè)攝像頭：3個(gè)紅外線攝像頭，1個(gè)紫外線攝像頭以及1個(gè)可見光攝像頭。堀之內(nèi)與他的同事使用了其中的紅外線與紫外線攝像頭，用來開發(fā)一種可以精確追蹤金星云層的方法，以對(duì)云層速度進(jìn)行精確計(jì)算。在這之后，堀之內(nèi)的團(tuán)隊(duì)就可以估算出大氣波與大氣湍流到底如何影響金星大氣的超級(jí)旋轉(zhuǎn)。

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他們注意到的第一件事就是溫度分布：大氣溫度在不同高度的分布難以解釋，除非金星上存在著跨緯度的大氣環(huán)流。

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圖3：藝術(shù)家（Akihiro Ikeshita）對(duì)破曉號(hào)的想象圖。圖源來自：JAXA

在發(fā)表的文章中，堀之內(nèi)說道：“因?yàn)檫@樣的大氣環(huán)流會(huì)改變風(fēng)的分布以及削弱超級(jí)旋轉(zhuǎn)的峰值，所以同樣也能側(cè)面說明造成超級(jí)旋轉(zhuǎn)如此強(qiáng)大的成因一定不止我們目前所已知的?！?/span>

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在一系列的分析與模型計(jì)算之后，堀之內(nèi)的團(tuán)隊(duì)得出了與之前不同的結(jié)論：熱力潮。美國氣象學(xué)會(huì)將其描述為：由于晝間太陽照射，大氣層不同位置存在溫度差從而導(dǎo)致的大氣層氣壓的變化。堀之內(nèi)也說道，熱力潮是金星低緯度地區(qū)風(fēng)的成因。然而這樣的結(jié)論與之前的結(jié)論相左，因?yàn)橹暗难芯棵鞔_表明熱力潮完全對(duì)超級(jí)旋轉(zhuǎn)沒有影響。這個(gè)文章還說到，熱力潮在中高緯度對(duì)風(fēng)有加速作用，而在低緯度地區(qū)則有減速作用。

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圖4：金星大氣的超級(jí)旋轉(zhuǎn)（黃色粗線）機(jī)制大致如下：熱力潮向著赤道運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致了向西的超級(jí)環(huán)流。整個(gè)金星的大氣由一個(gè)雙環(huán)流系統(tǒng)控制：緯向氣環(huán)流（白色線）緩慢地將熱量傳輸?shù)絻蓸O，而超級(jí)旋轉(zhuǎn)則是傳輸熱量到金星的陰面。圖源來自：Planet-C project team

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到此，堀之內(nèi)的團(tuán)隊(duì)終于可以解釋金星那不尋常的大氣了。他們的研究不僅僅告訴了我們超級(jí)旋轉(zhuǎn)是如何被維持的，也向我們揭示了金星上的熱量是如何運(yùn)轉(zhuǎn)的。緯向氣環(huán)流緩慢地將熱量傳輸?shù)絻蓸O，而超級(jí)旋轉(zhuǎn)則是傳輸熱量到金星的陰面。

就像其他很多的行星科學(xué)一樣，一個(gè)現(xiàn)象的解釋與闡明不止可以使我們了解這個(gè)現(xiàn)象本身，同時(shí)還可以幫助到很多研究系外行星的科學(xué)家了解越來越多的已知系外行星。

‘我們的研究可以幫助人們更好地理解潮汐鎖定的系外行星，也就是那些一面總是朝向母星的行星們，它們也像金星一樣，每一天都度日如年?！ブ畠?nèi)教授最后說道。

作者: EVAN GOUGH

FY: 神靈之踹

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