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土星北極出現怪異六角形風暴(圖)
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作者:
qqonqq
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2014-4-23 09:51 AM
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土星北極出現怪異六角形風暴(圖)
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自30年前科學家們首次觀測到土星北極怪異的六面體風暴，這一現象就讓天文學家困惑不已。而現在天文學家相信他們已經解開這一謎題，了解了它的工作原理並在此過程中確定了土星的自轉周期——土星是太陽系內科學家唯一未知其自轉周期的行星。土星的巨大風暴有點類似地球上的急流，這也解釋了為什那麼它看起來並不像在移動。
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環繞土星北極的六面體形狀是波動起伏的急流，時速達200英里，跨距達3萬千米——大約是地球直徑的2倍。在太陽系內任何行星上從未發現類似這樣的規則幾何形狀。西班牙University of the Basque Country UPV / EHU (簡稱UPV / EHU)的行星科學小組現在研究並測量了這一現象，繼而確定它以及土星的旋轉周期。
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1980年和1981年美國宇航局旅行者1號和旅行者2號太空探測器首次經過土星，當時距離太陽15億千米。在兩個探測器的眾多發現中，它們觀測到土星北極最上層雲里一個奇怪六角形狀結構。這一結構幾乎靜止不動，旅行者號探測器拍攝的圖片顯示六角形內部的雲在封閉的急流里快速移動，且被風以超過400英里的時速拖動。30年後——相當於土星1年，以及接下來的連續六年內，UPV/EHU行星科學研究小組與不同國家的天文學家合作，再次細節觀測了土星北極區域並證實了六角形結構依然存在。“地球上的颶風一般持續一周，但土星的這個結構已經存在了幾十年，或可能會繼續存在數個世紀，誰知道呢？” 美國加州理工學院卡西尼探測器項目科學家安德魯·林格索爾(
Andrew
Ingersoll
)這樣說道。
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研究人員發現季節的變化並不會影響六角形結構和它的噴氣流，因此他們總結稱這一結構屬於位於大氣層深處的更廣泛的波的一部分。
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UPV/EHU的研究人員認為六角形和它的急流是一種類似地球中緯度形成的“羅斯比波”的表現形式。
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在地球上，急流蜿蜒曲折的從西向東流動，與之相隨的是低壓和反氣旋地區系統，這在氣象地圖上經常可以看到。而土星作為一個體積是地球10倍的氫氣巨星，它的上層雲非常寒冷，沒有固體表面，大氣層和海洋一樣深，“預計急流的六角形波狀運動將垂直傳播，向我們揭示土星隱藏大氣層的某些方面。”UPV/EHU行星科學研究小組帶頭人的奧格斯汀·桑徹斯·萊維伽(
Agustín
Sánchez Lavega)這樣說道。
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“六角形的運動可能與土星深度有關，這一結構的旋轉周期現已確定為10小時39分鐘23秒，這也是土星的旋轉周期。” 桑徹斯·萊維伽補充說道。由於土星具有27度的傾斜角，它的極地大氣層會經歷強烈的季節變化——在經歷7年的漫長極夜后將迎來長達23年的漫長日光期。
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在以極高的精確性測量六角形至高點的位置后，科學家們確定它的移動相當穩定，基於雲的運動內部急流仍未發生改變。在地球上，天氣模式會被陸地上的摩擦形式所中斷，因此科學家們懷疑土星六角形的穩定性可能與缺少固體陸地形式有關，因為本質上土星是個巨型氣球。
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自2012年下半年太陽開始照亮土星，這使得科學家們能夠獲得有關六角形結構更好的視野。卡西尼號太空飛船利用不同顏色濾鏡拍攝的圖片為研究人員展示了土星頂部的完整視野，高分辨率照相機拍攝的大量六角形結構圖片更好地展示了內部雲結構的移動。科學家們觀測到北極風暴以及針對六角形旋轉方向而反向旋轉的小型旋渦。有的旋渦甚至急速橫掃過急流。最大的旋渦跨距3500米，體積是地球上已知最大颶風的2倍。
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科學家們分析了這些圖片的偽色圖，這種渲染方法使得他們能夠更好地區分六角形內部和外部大氣層里懸浮粒子類型之間的差異。“在六角形內部，大型霧霾粒子非常少，集中表現為小型霧霾粒子，而在六角形外部情況恰好相反。”卡西尼探測器項目成像小組成員、美國弗吉尼亞州漢普頓大學的庫尼·薩雅納吉(Kunio Sayanagi)這樣說道。“六角形急流就像一個障礙物，導致了某種類似地球南極臭氧層空洞的產生。” 南極臭氧層空洞形成於被急流封閉的地區。冬天的環境條件促使毀壞臭氧的化學過程發生，而急流會阻止外部臭氧的重新補充。
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在土星上，太陽照耀大氣層時會產生較大的氣溶膠粒子，但這些氣溶膠粒子無法從外部進入六角形急流。直到近期，隨着2009年8月土星北半球迎來了春天，太陽光才照射整個北半球。“2017年土星到達夏至，整個北極的光照條件將得到極大的改善，我們將能夠追蹤六角形結構邊界內外發生的變化。”卡西尼號項目科學家斯科特·埃金頓(Scott Edgington)這樣說道。
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