木星极地几何气旋形成之谜破解了吗？还早呢！

文/袁玉刚 图/来自互联网

2016年，美国宇航局“朱诺号”探测器发现木星北极有8个巨大气旋环绕着一个中心气旋，而在南极则存在5个气旋环绕着一个中心气旋。每个气旋风暴直径在4000-7000公里之间，保持几乎相同的间距，至今依然存在，没有像地球上的气旋一样向极地漂移，在陆地和冷水上空逐渐消散，也没有像土星一样在两极合并成一个气旋。科学家们对此感到迷惑不解。

图1 美国宇航局“朱诺”探测器红外极光制图仪（JIRAM）2017年2月2日拍摄的木星北极中心气旋和环绕它的8个气旋

图2 美国宇航局“朱诺”探测器红外极光制图仪（JIRAM）2016年拍摄的木星南极中心气旋和环绕它的5个气旋

2019年11月，“朱诺”探测器发现木星南极多了一个气旋，成了6个气旋围绕一个中心气旋旋转。

图3 美国宇航局“朱诺”探测器红外极光制图仪（JIRAM）2019年11月拍摄的木星南极中心气旋和环绕它的6个气旋

木星够诡秘了吧！其它行星上没有发现这种现象。

世界上许多科学家都在积极探索木星极地几何形状气旋的形成机理。

2020年9月中旬，美国加州大学贝克利分校行星科学家李成在9月7日出版《美国国家科学院院刊》上发表研究成果，认为：“之前所有的理论都预测巨型行星极地上空的主气旋对极地区域起到主导作用，就像我们在土星上观察到的那样，或者仍然是一片混沌状态。我们在木星观测到的状况意味着之前的理论都是错误的，我们需要一些新的理论提供支持。”

因此，李成和同事研发了一个计算机模型，以便解释木星气旋的形成之谜。

研究发现，这些气旋的“稳定性部分取决于气旋进入木星大气层的深度，但主要取决于每个气旋周围的反气旋环——也就是说，反气旋环旋转方向与每个气旋旋涡方向相反，反气旋环较少的屏蔽，将导致气旋合并；反气旋环较多的屏蔽，将促进气旋彼此分离。”

可惜的是，李成和同事并没有给出反气旋环的位置和数量。

李成坦言：仍有许多气旋簇未解之谜亟待揭晓，例如：为什么木星旋涡恰好占据适中的反气旋屏蔽区这样有利的位置？这些气旋最初是如何形成的，是在哪里形成的？

在我看来，李成的研究有助于解决旋涡簇的问题，但只是研究表面现象，并没有抓住问题的本质，可能得不到理想的结果。

首先，我们要了解旋涡的形成机理，多学学流体力学。主要是流体的高速运动的剪切力差导致力矩的产生，当然流体要足够多或者足够深。

其次，要寻找力源。依靠物质自身的万有引力是不会形成旋涡的，只有能够形成剪切力差的外力才能促使流体产生旋涡。

再次，要研究旋涡里物体的运动规律。

木星的主体以及大气层都处在一个旋涡中，是旋涡的力推动木星的全部物质在旋转。而不是木星的主体部分带动大气旋转。气旋还是反气旋都是在同一系统中被动形成的，可能此起彼伏，也可能共同进退，但不能认为气旋影响反气旋的形成，也不能认为反气旋影响气旋的形成。

木星两极之所以旋涡成簇，主要是因为木星旋涡系统自转速度特别快。土星只有一对极地旋涡，是因为土星旋涡自转得慢了点。这个可以做室内实验验证。自转速度加大，次级小旋涡就会出现。因为处于次级壳层，所以会像原子里的电子一样均匀整齐地排列起来，并且两翼平衡。不管是八个气旋还是六个气旋都是大旋涡高速旋转形成的稳定系统。之所以如此密集规则，主要是大旋涡中心自转快，压力大；再向外，小旋涡就不会如此规则稳定了。

图4 木星北半球分层

我们看到地球上的台风会向两极运动，以为木星上也是如此。这就错了。木星的大红斑已经发现几百年，还在南半球低纬度待着。它不是不想向两极运动，而是有一种力量制约着它，动不了。这种力量就是行星系旋涡力。旋涡力越大，行星系大气层运动速度就越大，旋涡里的物体就越难串位。所以，我推测木星两极的旋涡簇占据了天时、地利、星和，是在两极形成的，不是低纬度漂移过来的。