温度变化，水、气翻腾，形成土星北极神秘的六边形结构。
【内容简介】：土星北极的六边形风暴也是令人着迷土星标志之一，但这种奇怪的现象只出现在了土星的北极。 在一项新的研究中，一对研究人员调查了土星大量气体的动力学规律，以此来弄清楚到底，是什么样的行星流体动力学创造了这种神秘的结构。
图解：土星著名的光环非常壮观。最近发现的环直径至少是地球的200倍，可以容纳10亿个地球。图源：NASA。
土星粗大的光环不是它唯一的标志性特征。
土星的北极也有一个六边形的特征，1981年美国宇航局的旅行者2号宇宙飞船访问土星时，科学家们第一次观测到这个特征。土星的六边形虽令人着迷，但也充满了奇怪的现象：这种奇怪的现象只出现在土星的北极。在一项新研究中，两位学者研究土星扰动气体的动力学，以找出是什么样的行星流体动力学创造了这种神秘结构。
去年，位于马萨诸塞州剑桥的哈佛大学地球和行星科学系的拉凯什·亚达夫和杰里米·布洛克汉姆进行了为期一个月的计算机模拟，来解释土星六边形背后的物理机制。
图解：土星六边形的层视图。图源：UPV/EHU
根据他们的论文，大气在土星内部流动，在土星环北极附近的行星处形成大大小小的涡流。一道强烈的水平喷射流在赤道上方约北纬60°上运行，受到这些涡流的约束和限制，形成了六边形的边缘。
图解：2013年7月22日，美国宇航局的卡西尼号宇宙飞船在距离土星大约611000英里（984000公里）的地方拍摄到了这张土星北极的自然彩色照片。图源： NASA
根据亚达夫的说法，这篇论文的主要观点之一为涡流确实存在，但在云顶下方深处扰动。因此，像旅行者2号和美国宇航局的卡西尼任务一样飞越土星的航天器几乎看不见漩涡。旅行者2号的数据返回地球后，科学家们假设六边形可能是由地下深处的气旋引起的，就像这项新研究所表明的那样。
图解：美国航天局卡西尼号宇宙飞船在土星执行任务的构想图。图源：NASA。
虽然亚达夫在2004年~2017年的发现帮助了科学家们了解更多行星流体动力学，但当飞船没有发现其存在显著迹象时，有关深层涡流的理论就站不住脚了。
亚达夫针对深层涡流可压缩对流建立了一个仿真模型，这种现象发在厚的多层液体或气体物质底部，而且底部是热的顶部是凉的。这种温度差导致物质上下做圆周运动。对流在自然界中无处不在，这就是造成地球上飓风和龙卷风的原因。
亚达夫说这种现象类似于人把冷水倒入锅里、点燃炉子、开始烧水。当水向上和较冷的表面传递热量时，锅底部的热量搅动了水。
图解：这个影像是由卡西尼号的成像相机拍摄的，是第一部用彩色滤光片显示土星六边形的电影，也是第一部从北极到北纬70°的完整画面。在六边形的左下角有一个漩涡是可见的，但是研究人员亚达夫和布洛克汉姆的新模拟显示了许多不可见的漩涡，可能正是这些漩涡创造了六边形。图源：NASA。
亚达夫说，他们的仿真捕获了单极六边形背后的物理现象，并且提供了一种可能，过去，土星可能在南极有个六边形，而不是在北极，或者可能两极都有六边形。
仿真并没有得到六边形的形状，他产生了一个有9条边而不是6条边的角度的物质。但是亚达夫说，他们仿真背后的机制表明，地下深层的涡流在其几何特征的后面。在不同条件下，我们很可能得到6条边而不是9条边。
计算机仿真具有很大难度，学者们只能在现有参数内做小型研究。这篇论文报道了一种情况，亚达夫希望学者们可以运行更多的情况，以更好地了解土星美丽的标志。
BY: Doris Elin Urrutia
FY: 武薇
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