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土星的六边形风暴变得更奇怪了!

2019-10-06 作者:科技探索   |   浏览(98)

原题目:土星的六边形台风变得更离奇了!

原标题:Saturn北极六边形:直上云霄

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产品:科学普及通中学中原人民共和国

总来说之,Saturn环是Saturn标记性的风味。壮美的Saturn环为Saturn颜值加分不菲,使其颇有丰盛的花费去竞争太阳系最美行星的荣誉称号。

制作:haibaraemily

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制片人:中科院管理器互连网信息中央

除开Saturn环,土星还会有多个分明的特色——Saturn北极的六边形沙尘暴。

除去精彩纷呈的环系,Saturn最令人着迷的大概正是北极的六边形结构了。

早在上个世纪八十时期初,盛名的旅客1号在拜见Saturn时就注意到那一个神秘六边形沙暴的存在,并在二十几年后拿走卡西尼号的表达。

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图:Saturn北极六边形。来源:NASA

卡西尼号是全人类太空查究史上最光辉的探测器之一,二零零一年中标跻身Saturn轨道,在经验13年的传说探测之旅后,于前年八月跌入Saturn大气,化作一颗流星,成为土星的一片段。卡西尼号向地球传回的海量数据深透改动了人类对Saturn的认知,个中当然满含那么些六边形台风。

纵然这么些隐私的六边形总不随便揭穿它的面纱**。**

下图是物艺术学家使用卡西尼号传回的探测数据合成的Saturn六边形台风动态变化的景观。请问是哪位道友在此渡劫?

一九八三年四月,背包客2号探测器中远距离飞掠Saturn,但立马并未察觉北极有六边形结构

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实在,背包客2号随即传来了重重分包了Saturn北极的肖像,但些照片实际不是正对极区拍录的,由此相当长一段时间里,公众都并未有从这一个被高度拉伸变形的北极照片中看出什么…直到7年后。

值得提的是,当卡西尼号二〇〇一年刚踏入Saturn轨道时,土星北半球正值九冬,超低的热度限制了卡西尼号对六边形暴风的探测。

1986年,美利坚合众国国度光学天文台的Godfrey重新处理了那么些照片[1],他将那个照片重复投影和东拼西凑,才咋舌地意识Saturn的北纬77°周围居然有多少个那样之大的六边形涡旋结构——

而Saturn的一年一定于地球的30年,直到二〇一四年Saturn北半球走入三夏,卡西尼号才足以对六边形台风张开深远探测。有意思的是,卡西尼号瞥见了贰个闪电式的光景,使得Saturn六边形风暴变得愈加离奇。

每条边长达1.38万英里,比地球的直径还要长

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据近日宣布在《自然通信》的一项研商介绍,物农学家通过深入分析卡西尼号的探测数据开掘,在Saturn六边形龙卷风上方还存在三个重型沙暴,并且甚至也是六边形的。

图:“拼图”里发掘的Saturn北极六边形。来源:参谋文献[1]

原本的六边形沙尘暴藏身于Saturn大气深处,而新意识的六边形沙尘暴则盘旋在Saturn大气上部的平流层中。

时代久远的四季

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那Saturn的南极有未有像样的组织吧?那时还不驾驭。

无须置疑,这项新意识牵引出了一体系难点。比方,Saturn有啥异样之处,怎么着在北极区域构建出那么些新奇的六边形龙卷风?再者,七个六边形沙台风之间存在怎样联系?希望在卡西尼号遗留的数额中能够找到一些线索吧!

因为旅行家2号飞过Saturn时,正逢Saturn南半球的冬日——整个南极都淹没在一片黑暗之中。

来源:三体迷回到乐乎,查看越来越多

而游客2号的清规戒律规划只是飞掠而过,看完这一眼就再也远非悬崖勒马。

主编:

科学,遥远的Saturn有一点和大家的地球挺像的,那便是自转轴倾角(也正是自转轴和公转轨道面的夹角)都以20多度,这意味Saturn和地球同样,也会有醒目标四季更替,南北极也可能有极昼和极夜——只不过,Saturn的一年大约有29.5个地球年那么长,也正是说,Saturn上的种种季节,是地球的30倍长。

自然,后来等到Saturn的南极从黑暗中显示脸来,一些地基天文望远镜和哈勃空间望远镜都对Saturn的南北极进行过观望,然则,南极并不曾这么的六边形涡旋,唯有几个壮烈的圆形的漩涡。

也正是说,Saturn北极的六边形结构不管是在太阳系中,依然在Saturn上,都以惟一的。

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图:卡西尼号拍戏的Saturn南极和北极。南极有叁个光辉的圈子涡旋,而北极则是三个平安的六边形结构足够极点3°周围的一个微型涡旋。来源:NASA

只是,照旧出于Saturn的华丽超长版四季,大家很难持续追踪Saturn南北极涡旋随季节的转换,别讲五个土星年了,追踪半个Saturn年(14.7个地球年)都很难。

直至卡西尼号探测器的来到。

一九九七年一月二十二日,卡西尼号发射于U.S.A.卡纳维拉尔角。

二零零四年五月二十15日,卡西尼号成功进入Saturn轨道,那时候北半球的冬节(二零零零年一月)刚过去不久。

从此,卡西尼号开端了长达13年的Saturn探测,刷新了我们Saturn、Saturn环系和Saturn的多颗卫星的认知。

直接到二零一七年十二月一日,一年前的明天。

为了幸免由于轨道失控污染了Saturn的卫星们(特别是土卫二那样只怕具备生命存在条件的卫星),卡西尼号采纳趁燃料还未耗尽之时主动撞向Saturn大气层坠毁来甘休职责。

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图:卡西尼号截止职责。来源:NASA

在那13年里,卡西尼号是叱诧整个Saturn系的王者。

在那13年里,卡西尼号也幸运地见证了Saturn的南半球如何从晚秋进来季冬,而北半球又是什么样从隆冬跻身初冬

作者们终于有了足以不断观测Saturn北极六边形随季节变迁的机会。越发是经过卡西尼号的复合红外光谱仪(CI福睿斯S)这么些大杀器,它一定于是二个高阶版三棱镜,能够捕捉和平化解说近红外信号,分析区别波长的辐射强度和区别化学元素的含量变化。

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图:卡西尼号的构造和它指点的复合红外光谱仪(CI瑞虎S)。来源:NASA

北极:从冬辰到青春

Saturn北极的六边形结构产生在何地吗?在此以前感到,在土星的对流层

和地球相似,对流层是Saturn最底部的大气层,Saturn的云都在这一层里。随着压强扩张,从对流层顶端往下有二种不一样的物质凝结成云:最上层是氨的冰,中间是氢硫化氨的冰,最下层是水冰。

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图:Saturn的对流层和平流层。改编自:© 2013Pearson Education, Inc

United Kingdom莱斯特大学的Fletcher小组通过追踪卡西尼号二〇〇四-二零一六年的探测数据,开掘从二零零六-2011年终的Saturn北极亮温图中,北极的六边形结交涉终端的小漩涡在**对流层**中都平稳存在[2]。

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图:卡西尼号的复合红外光谱仪(CI奥迪Q5S)获取的Saturn北极对流层的亮温图。不过必要小心的有些是,这里的“亮温”,其实是一种对辐射强度的千篇一律表明,所以固然是“温度”,但实在并不是以此区域的莫过于温度。来源:参照他事他说加以考察文献[2]

而与平流层的比较亮温观测也更加的证实,其一六边形确实在对流层,因为平流层的亮温图里就从不观察任何六边形的印迹

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图:卡西尼号的复合红外光谱仪(CIOdysseyS)获取的Saturn北极平流层的亮温图,未有见到别的六边形的大约。来源:参谋文献[2]

但弗莱彻小组也发掘,从严节(二〇〇〇年)到春天(2016年)这一里头,北半球表现出的季节性变化实在并不鲜明:固然北半球如预期同样在稳步变暖,但完全不比卡西尼职分开端阶段观测到的南半球初冬时这样的凌厉温度变化[2]。

也正是说,在老大北半球即现在到的清夏,也等于卡西尼职责最终的几年岁月里(贰零壹伍–前年),土星的北极只怕会蓦地变得郁郁苍苍。

地管理学家们发急地等待着卡西尼号用最终的时段来交付答案。

深秋的平流层:“另二个六边形”?

二零一七年三月,Saturn北半球的立秋如期而来。

前年一月,卡西尼号停止义务。

近几来,Fletcher小组继续解析了卡西尼号最终几年的洞察数据,结果不仅仅补充了卡西尼长达13年的极区追踪观测的末梢一点单手,还开采了更加大的喜怒哀乐:

Saturn北极的平流层在春夏之交也猝然开首显现出了和对流层六边形同样的六边形结构!这一结实刊登于二零一八年5月3日的《自然·通信》杂志[3] 。

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图:卡西尼号的复合红外光谱仪(CI奥迪Q7S)获取的Saturn北极平流层的亮温图,从2016年三月那张伊始能够看来亮温差别的六边形轮廓,红圈标出的是六边形轮廓最清楚的几张。来源:仿照效法文献[3]。

其一平流层中的六边形会不会是投机独立演进的?恐怕性非常的小,因为它和对流层那么些六边形太像了,很难想象在变幻莫测的Saturn大气层中,会在同样地方的不等中度独立演进三个相同的结构。

更也许的是,Saturn极区的六边形结构并不独局限在对流层,而是穿破了对流层与平流层的疆界(也正是对流层顶),一向延伸到了平流层——

那是贰个高达300公里的六边形高塔,从云层中矗立出来。

不过,本条夏天才显现出来的平流层六边形结构是直接就部分吧?**大家还不可能明确。**由于二〇一四年从前的平流层数据实信号较弱,所以地经济学家们近些日子还不能确认这些平流层的六边形塔到底是由于季节变化到了春夏才“升上来”的,依然一贯就矗立在这里。

北极漩涡:好像真的比南极弱一点?

尽管Saturn北极的六边形涡旋在卡西尼职务的末段几年里的确变得更加活泼了,但尽管在“巅峰”时代,Saturn北极温度和风的变动依旧未有高达南极“巅峰”时的品位,北极大气中的一些碳氢化合物的争辨含量(特别是乙苯、加氢苯混合混合芳烃、苯乙烯、丁二炔和二氧化碳)也远远小于南极,那意味Saturn的北极漩涡可能确实未有南极涡流发育得那么“成熟”

那倒也简单精通,终究北半球的伏季时有爆发在远日点左近,而南半球的夏日则发出在这几天点周边,南北极在朱律的能量积存情况有所差别

另一方面,大家对南北极气旋还也许有太多不打听的地方。固然我们曾经清楚,Saturn北极的六边形结构是与自转相关的极区急流引起的,知道南北极气旋的活泼会陪伴着温度的提升和多量中碳氢化合物的富于,但更具体的多变机制还不知道。除了季节(光照)因素之外,还会有为数不菲因素会影响大气的热度和平运动动状态,比如大气下沉引起的温度上涨、大气成分变化、丁烷和三十烷那类冷却剂的熏陶、大气层中的霾/气溶胶的震慑…那么些大家都还远远不能够深远了然。

例如此次的钻研还开采,在平流层相当低的岗位(2 mbar到100 mbar的可观之间)(越高的地方气压越小,1 bar相当于地球上的贰个规范大气压),北极的观看温度与事先的答辩估量比较适合,而南极的体察温度却完全比理论值偏高,那意味咱俩前面临Saturn大空气温度度的谈论推测中漏掉了某种唯有南极才有的热源,也代表大家对极区温度变化学工业机械制的驾驭是不齐全的。

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图:南北极的温度随高度变化曲线,浅蓝实线和虚线是论战值,彩色是实在观测值。来源:仿效文献[3]。

再有一种恐怕是,北半球在小寒之后还有大概会持续变活跃,乃至会持续到小雪。也许说,北半球活跃期的顶峰还未曾完全到来

但很惋惜的是,卡西尼号未有机遇证实那一点了

可能接下去的地基天文望远镜和空间望远镜能够做显明的存在延续跟进观测。

譬如…笔者在最终表示,也得以期望万年跳票的JamesWeber望远镜啊。(你们是当真的么?

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后 记

到底意识原本三回推送能够发两篇小说!于是明天推送的第二篇作品补发了2018年十一月首发于和讯专栏的有关卡西尼号壮丽终章的牵线。

二零一八年的明日,也正是卡西尼号坠毁的那天对蒙酱也是个第一的光景,这是自己大学生毕业典礼日子。那时候写了一篇半是牵挂卡西尼号,半是牵记自身的小说:卡西尼号||一眼二十年。

光阴荏苒,匆匆又是一年。

隙中驹、石中火、梦中身。

至于小编

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灰原哀硕士(haibaraemily),从事行星调研,本公众号主页君。越多优质,应接关心公众号~

知乎、微博、果壳:@haibaraemily

仿效文献

[1] Godfrey, D. A.(1988). A hexagonal feature around Saturn's north pole. Icarus, 76(2), 335-356.

[2] Fletcher, Leigh N.,et al. "Seasonal evolution of Saturn’s polar temperatures andcomposition." Icarus 250 (2015): 131-153.

[3] Fletcher, L. N., Orton, G. S., Sinclair, J. A., Guerlet, S.,Read, P. L., Antuñano, A., ... & Hurley, J. (2018). A hexagon in Saturn’snorthern stratosphere surrounding the emerging summertime polar vortex. Nature communications, 9.

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