有奇怪的事情发生的北极。 一个巨大的结构高耸在云层之上,表明这颗行星奇特的六边形结构比最初看到的要大得多。
数据来自卡西尼号,其消亡一年后深入土星不透明的大气层,仍然引导我们有新的发现。
当探测器于 2004 年开始观测时,在南方夏季,它在地球南极上空记录了一个温暖的高空涡旋。 与此同时,土星的北极包含著名的六角云图案,但直到现在我们才认为它有漩涡。
一项长期研究发现,当北方接近夏季时,北极平流层高处也会形成类似的涡旋。 而且,就像它下面的急流一样,漩涡是六边形的。
“这个新发现的漩涡的边缘似乎是六边形的,与我们在土星大气层深处看到的著名而奇异的六边形云图案精确匹配,”行星科学家利·弗莱彻说英国莱斯特大学的教授。
“虽然我们确实预计随着土星北极变暖,会出现某种漩涡,但它的形状确实令人惊讶。要么在两个不同的高度自发且相同地产生一个六边形,一个在云层较低的地方,一个在云层较高的地方。平流层,或者说六边形,实际上是一个跨越数百公里垂直范围的高耸结构。”
自从 20 世纪 80 年代初航行者号宇宙飞船发现六边形以来,六边形一直是行星科学家的一个谜题。 直到 2006 年,卡西尼号才拍到了一张关于它的好照片,从那时起,科学家们就一直试图了解更多关于它的信息。
该结构具有奇特的对称性,是由风速高达每小时 500 公里(300 英里)的大气急流形成的。 而且它非常巨大——直径达 30,000 公里(20,000 英里)。 地球的直径为 12,742 公里(7,917.5 英里),六边形内可容纳两个地球,而且还有剩余空间。
(NASA/JPL-加州理工学院/SSI)
它的自转速度也与行星本身大致相同,这表明该结构与行星的自转有关,就像极锋急流在地球上。 还有一个之前的调查发现通过旋转,可以在实验室的流体中复制六边形形状。
2006年,卡西尼号使用复合红外光谱仪(CIRS)详细研究了这个六边形。此时,土星仍处于北方冬季——它的一年约为30个地球年,所以它的夏季和冬季很长——这意味着北极处于阴影之中。 但 CIRS 可以绕过这个障碍,因为它可以观察热辐射。
然而,高层大气仍然太冷,无法进行可靠的红外观测,因此卡西尼号仅限于研究云层。 但到了2009年,土星北极开始摆脱冬季,大气变暖,事情发生了逆转。
“从 2014 年起,我们首次能够使用 CIRS 仪器探索北部平流层,”行星科学家桑德琳·盖尔莱特说法国气象动态实验室。
“随着极地涡旋变得越来越明显,我们注意到它有六边形边缘,并意识到我们在比之前想象的更高的高度看到了预先存在的六边形。”
它高耸于云层之上数百公里,表现出与南部涡旋截然不同的行为。 它比较冷,但没有那么成熟,当然,南极没有六边形。 但由于风况会随着海拔高度的变化而发生巨大变化,因此六边形形状持续高于云顶的事实是一个令人困惑的难题。
“波‘信息’向上泄漏的一种方式是通过一种称为消逝的过程,其中波的强度随着高度的增加而衰减,但强度足以仍然持续到平流层,”弗莱彻说。
“我们只是需要了解更多。令人沮丧的是,我们只是在卡西尼号寿命结束时才发现了这个平流层六边形。”
土星北半球的夏季已经达到顶峰,夏至发生在 2017 年 5 月(在此之前,六边形神秘地改变了颜色)。 不过,距夏季还有几年时间,预计北极涡旋将继续发展。
然而,随着卡西尼号任务的结束,科学家是否能够观察到这些变化还不确定。
“卡西尼号宇宙飞船直到最后一刻仍不断提供新的见解和发现。如果没有像卡西尼号这样有能力的宇宙飞船,这些奥秘将无法被探索。”卡西尼号科学家尼古拉斯·阿尔托贝利说欧洲航天局的。
“它展示了一个国际团队将一个复杂的机器人探险家发送到一个以前未探索过的目的地可以完成的事情 - 即使任务本身已经结束,结果仍然会继续存在。”
该团队的研究成果已发表在期刊上自然通讯。