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太阳系中最大的两颗行星——木星与土星——有许多共同之处。它们的组成物质极为相似，自转速度相近，内部热量辐射方式也类似。甚至连它们囤积卫星的方式都如出一辙。然而，这两颗行星之间存在一个长期困扰科学家的差异：覆盖其两极的巨型涡旋风暴。土星的每个极区都有一个巨大的风暴，而木星的每个极区则由一个大型风暴主导，周围环绕着一圈较小的风暴。如今，一对行星科学家认为他们或许已解开这一谜团，关键在于风暴的形成方式及其与行星内部的联系：大气是否允许风暴自由生长（如土星大气），或是有效限制风暴的大小（如木星大气）。
在该团队的模型中，这取决于风暴与深层大气的耦合强度。麻省理工学院的行星科学家康婉莹表示：“我们的研究表明，根据行星内部性质和涡旋底部的‘柔软度’，这会影响你在表面观察到的流体模式。我认为此前无人将木星与土星的表面流体模式与其内部性质联系起来，一种可能的情况是土星的涡旋底部比木星更‘坚硬’。”木星与土星的天气现象极具传奇色彩，由于被蓬松的气态大气所主导，两颗行星都被湍流风暴、强劲的风带和浓密的云层搅动，这些云层旋绕成类似抽象表现主义的图案。
两颗行星都是专用航天器观测任务的研究对象——针对土星的卡西尼号和针对木星的朱诺号。这些开创性探测器揭示，尽管两者有诸多相似之处，但它们的极区风暴结构仍具有独特性。麻省理工学院的大气科学家石佳儒表示：“人们花了大量时间解读木星与土星的差异，这两颗行星大小相近且主要由氢和氦组成，目前尚不清楚为何它们的极涡如此不同。”为找出答案，两位科学家开发了二维表面流体动力学模型，以复现两颗行星表面观测到的涡旋。
康指出：“在快速旋转的系统中，流体运动往往沿旋转轴均匀分布。因此我们受到启发，将三维动力学问题简化为二维问题，因为流体模式在三维空间中不会变化，这使模拟和研究速度加快数百倍、成本大幅降低。”在气态巨行星上，巨型风暴由对流等较小运动单元形成并不断壮大，但其最终大小受大气分层深度、搅动强迫力及摩擦耗散速率等多种因素限制。石和康发现，这些限...
木星大气足够深厚且能量充足，可形成多个涡旋，但早期湍流阻止它们合并成大涡旋，因此极区风暴呈现出类似撒满辣香肠披萨的几何图案。换言之，木星分层较弱、强迫作用更强（因中心辐射热量）且能量不会快速摩擦流失，这些因素共同维持了表面离散风暴结构的完整。相比之下，土星大气分层更深，较弱的强迫作用减少深层湍流或更多能量摩擦流失，消除了涡旋合并的障碍，使所有风暴合并成一个巨型风暴。
这一切可能受涡旋形成处底层大气密度影响，尽管并非确凿证据，但团队研究表明极区风暴模式蕴含着形成环境的线索。石表示：“表面流体模式或许能告诉我们行星内部的信息，例如涡旋底部的柔软程度。这很重要，因为土星内部可能富含金属和可凝结物质，使其分层比木星更强——这将加深我们对气态巨行星的理解。”该研究已发表于《美国国家科学院院刊》。
