统一模型解释所有巨行星上的极端急流现象

太阳系中的巨行星——木星、土星、天王星和海王星——最显著的特征之一，是在其赤道周围观测到的极端风。这些行星中，有些有向东的赤道风，而另一些则有向西的急流。由莱顿天文台和荷兰空间研究所（SRON）领导的一个国际科学家团队首次能够用一个模型解释所有巨行星上的风。

巨行星大气中所谓的快速旋转对流，在驱动向东和向西的急流方面都可以发挥关键作用。这是由莱顿天文台和SRON的博士后研究员凯伦·杜尔 – 米尔纳领导的一组天文学家发现的。该研究已发表在《科学进展》杂志上。

通过使用全球环流模型，该团队发现，大气深度的差异可以产生木星和土星上向东的急流，以及天王星和海王星上向西的急流。该系统呈现出一种所谓的分岔现象：在相同条件下，大气可以稳定在两种状态之一——向东或向西的赤道急流——从而在急流方向和大气深度之间建立了直接联系。

太阳系中最快的风

几十年来，科学家们一直对驱动巨行星上超快速风的机制感到困惑，这些风的速度在500到2000公里/小时之间。这些急流是太阳系中观测到的最快的风，大大超过了地球上的典型风速。

尤其令人费解的是，木星和土星有向东的风，而天王星和海王星上的急流却向西吹。人们认为，影响这些行星上气流的主要因素是相似的。这些行星接收的阳光很少，它们有适度的内部热源和快速的自转。目前还没有已知的力可以解释风的不同方向。在此之前，人们认为急流方向的不同来自于驱动它们的不同机制。

现在，杜尔 – 米尔纳及其同事发现，赤道上快速旋转的对流单元可以在表面起到 “传送带” 的作用，在不同的行星上驱动急流向东或向西。对流是通过循环在大气或液体中传递热量的过程。人们认为这是气态行星内部热量传递到表面的主要过程。

银河系中的行星大气

“我们希望证明，我们认为在气态巨行星木星和土星中起作用的机制，也可以解释冰巨行星天王星和海王星上的赤道急流，” 杜尔 – 米尔纳说，“我们很兴奋，因为我们终于为一个复杂的现象找到了一个简单而优雅的解释。” 科学家们现在正在利用朱诺号宇宙飞船的测量数据，寻找所提出的机制存在于木星大气中的证据。

杜尔 – 米尔纳希望他们的结果也能应用于太阳系外的行星。“理解这些风至关重要，因为它有助于我们理解支配行星大气的基本过程，不仅是在我们的太阳系，而且在整个银河系。这一发现为我们理解宇宙中行星大气和气候的多样性提供了一个新工具，” 她说。