说到土星,大多数人脑子里蹦出的第一画面都是那圈标志性的大光环。小孩被问"最喜欢哪颗行星",答案十有八九是"带环的那个"。但光环之外,这颗行星身上还有一堆经常被忽略的怪东西——比如它两极上空那些规规矩矩的多边形气流。
土星北极有一个六边形,这件事天文学界已经知道了几十年。而它的南极,最近被一个国际研究团队看出了新花样:那里出现了一个十边形的大气结构。相关研究发表在《科学进展》(Science Advances)上。
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这个十边形是怎么被"看见"的
研究团队用的不是新发射的探测器,而是分析了两批现成的图像资料。
一批来自NASA的哈勃空间望远镜。这些图像属于哈勃的"外行星大气遗产计划"(OPAL),该计划成立于2014年,任务是每年给木星、土星、天王星、海王星这四颗外行星拍一次照,用来观察它们各自的大气成分、行为和演化。
另一批来自地面望远镜,具体是位于西班牙的卡拉阿托天文台——欧洲大陆上规模最大的天文观测台。
研究人员分析的是2023年到2025年之间获取的图像。就是在这批图像里,他们认出了土星南极区域那个十边形的大气结构。
十边形和六边形,差别不只是边数
这是土星南半球第一次被发现这类结构。它和北极那个已知的六边形形成了对照。
两个结构本质上都是土星喷流(jet streams)的产物,但脾气不太一样:
- 北极六边形的喷流速度:320到354公里/小时(200到220英里/小时)
- 南极十边形的喷流速度:400到420公里/小时(约250英里/小时)
速度之外,更让研究人员在意的是"动不动"的问题。北极六边形的位置基本是固定的,你什么时候去看,它都在那儿。而南极这个十边形,被观测到正在向东迁移。
研究指出,造成这种东向移动的过程,可能与十边形的10个角每32天来回摆动(振荡)一次有关。基于这一点,研究人员推测:南极十边形的行为更像一道蜿蜒的波,能够穿透好几层大气,而不像北极六边形那样是一个钉在原地的固定结构。
40年 vs 第一次
NASA戈达德太空飞行中心行星大气研究高级科学家、OPAL项目首席研究员、也是这项研究的共同作者Amy Simon博士这样描述两者的反差:"我们在土星南半球从没见过这样的东西。北极六边形在我们40多年的每一次观测里都在那儿。而这个特征不一样——它似乎在增强,给了我们难得的机会……"
这句话里藏着一个值得琢磨的对比:北极六边形是"老朋友",稳定、可预期、看了四十多年;南极十边形是"新面孔",会动、会摆、还在变强。对研究行星大气的人来说,一个稳定的结构能告诉你规则,而一个正在变化的结构,可能告诉你规则是怎么被打破的。
为什么科学家会盯着两极看
行星两极的大气结构,某种程度上像是这颗行星的"体检报告"。喷流的形状、速度、位置变化,都跟大气层内部的动力学过程挂钩。土星北极六边形之所以出名,正是因为一个本该混乱的气体行星,居然在极区维持了一个几何形状如此规整的结构,而且一维持就是几十年。
现在南极又冒出一个边数不同、行为也不同的多边形,这本身就提出了新问题:为什么南北两极会形成不一样的结构?是南北半球的季节差异造成的,还是内部动力学本来就不对称?
研究人员的推测指向"波"这个方向——如果南极十边形真是一道能穿透多层大气的蜿蜒波,那它和北极那个相对固定的六边形,可能代表的是两种不同的形成机制。但要注意,这里用的是"推测"和"可能",研究并没有给出最终结论。
这件事的意义,可能不只在土星
研究行星大气的长期目标之一,是理解行星如何形成和演化。土星作为一颗气态巨行星,它的大气行为是这类行星的样本之一。一个正在增强、正在迁移的极区结构,或许能为理解行星大气的动力学机制提供新的线索。
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