令人惊讶的是，木星和地球上的风暴有一些共同之处

气态巨行星木星距离地球 4.52 亿英里，体积是地球的 11 倍多，但至少在一个方面与地球相似。这颗巨大行星臭名昭著的风暴背后的一些地球物理力量与地球上的风暴类似。新研究表明，木星极地地区的暴风雨是由研究地球大气和海洋的物理学家所熟知的过程所驱动。6 月 6 日发表在《自然物理学》杂志上的一项研究中描述了这一发现，并提供了一种理解地球上类似气象过程的新方法。

木星风暴

圣地亚哥大学斯克里普斯海洋研究所的物理海洋学家莉亚·西格尔曼 (Lia Siegelman) 于 2018 年首次发现了这种联系。她注意到地球上的海洋湍流与木星一些巨大气旋的图像之间存在一些相似之处。

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据西格尔曼介绍，空气和水在物理学中都被视为流体，因此将海洋物理动力学应用于像木星这样的气态巨行星并不像看上去那么离奇。

西格尔曼在一份声明中表示：“木星基本上是一片气体海洋。”

2022 年，西格尔曼和她的团队根据这一初步观察发表了一项研究。他们分析了美国宇航局朱诺号航天器拍摄的木星气旋的高分辨率红外图像，发现一种类似于地球上发生的对流有助于维持木星的风暴。这些漩涡可以有数千英里宽，持续数年。这颗行星的标志性大红斑已经肆虐了 300 多年。这项初步研究的重点是木星的气旋，团队还对气旋气体涡旋之间的细长卷须或细丝很感兴趣。

锋面和细丝

在这项新研究中，研究小组重点研究了这些细丝。他们发现，木星气旋之间的这些细丝与对流共同作用，促进并维持木星的巨型风暴。具体来说，这些细丝有点像海洋学家和气象学家所说的锋面——由于温度等各种特性的差异，不同密度的气体或液体团块之间的边界。在地球上，这些是几乎每天都在天气预报中提到的“暖锋”或“冷锋”。锋面的一个主要特征是其前缘具有强大的垂直速度，可以产生风或洋流。

为了更好地了解木星气旋之间细丝的作用，西格尔曼与美国宇航局喷气推进实验室、加州理工学院和巴黎高等师范学院的合著者帕特里斯·克莱因合作。他们查看了朱诺号以 30 秒为间隔拍摄的木星北极地区的一系列红外图像。航天器上的红外摄像机让团队能够计算出温度，因为图像的明亮区域较热，而较暗的区域较冷。在木星上，大气中较热的部分对应于较薄的云层。较冷的部分代表较厚的云层，阻挡了更多来自行星极热核心的热量。然后，团队跟踪了 30 秒间隔内云层和细丝的运动，并计算了水平风速。

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他们计算了垂直风速，发现这些细丝的行为确实与地球上的锋面相似。木星锋面边缘的垂直风速意味着锋面参与了将能量（以热量的形式）从行星炎热的内部输送到其高层大气的过程。这为巨型气旋提供了动力。虽然对流是主要驱动因素，但锋面为木星气旋提供了约 25% 的动力，为行星垂直热量输送提供了 40% 的动力。

“自 2016 年首次观测到以来，木星两极的气旋一直持续存在，”西格尔曼说。“大型涡旋之间的这些细丝相对较小，但它们是维持气旋的重要机制。锋面和对流在地球和木星上存在且具有影响力，这很有趣——这表明这些过程也可能存在于宇宙中的其他湍流流体体上。”