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為什麼木星上的大紅斑永久不變?


天文在線「木星之眼」永葆青春的秘訣究竟是什麼?木星上的大紅斑。圖源:F.我倒不會把大紅斑稱之為「永久不變」。大紅斑的確是存在了很長時間——天...

- 2020年9月21日20時15分
- 科學文摘 / 天文在線

天文在線

「木星之眼」永葆青春的秘訣究竟是什麼?

木星上的大紅斑。圖源:Forbes.


我倒不會把大紅斑稱之為「永久不變」。大紅斑的確是存在了很長時間——天文學家目前已經觀測了它348年。但近期的觀測顯示它比以前小了一些,所以大紅斑很有可能會在未來某天消失不見。

1890年(左)和2015年(右)大紅斑對比圖。圖源: Universe Today.

簡短的回答是我們對大紅斑的變化原理沒有一個確切回答。現在對大紅斑的理論和木星上其它反氣旋還有很多研究和爭論。許多現代構想都建立在這兩個模型之上:准地轉(QG)和中間地轉(IG)。唯一能裁定兩種模型勝負的辦法可能只有把探測器發送到木星大氣去採集樣本了。

但是我們對大紅斑不太變化的一部分原因確實有達成一致。

大紅斑的高度和地球相當,寬度比地球還要長三倍。在它最窄的時期大紅斑仍大於地球上最大颶風的六倍直徑。所以我們第一個該問的問題是,為什麼地球上的颶風不會持續很長時間呢?颶風吸取著溫暖水面上方的濕潤氣體長大,在地球上接觸到冷水面或陸地就消亡了。而木星上,冷的水面和陸地都不存在。


颶風形成示意圖,溫暖濕潤的空氣是颶風最好的催化劑。圖源:NASA.

然後我們下一個問題就是,颶風的壽命長短還受到木星上什麼因素的影響?木星大氣中稀薄的天氣層里沒有邊界層,所以大氣損耗非常少。同時木星快速的自轉(導致很大的地轉偏向力)造成了東西方向的強風。超厚的大氣層也給颶風提供了幾乎無盡的能量存儲所。

氣體巨星木星的構成:超厚大氣層,且沒有陸地。圖源:Encyclopedia Britannica.

如果渦旋是由它上方/下方的強風形成的,我們有一個相當強的共識就是這個渦旋會變得穩定。計算機模型解釋了為什麼像大紅斑這樣的反氣旋比木星上其他氣旋都要持久。

木星大紅斑與地球。圖源:Space.

相關知識:

大紅斑是木星大氣中的一個持久不消的高氣壓區域。作為太陽系中最大的反氣旋風暴,大紅斑位於木星南緯22度,從1830年起就一直在受人類觀測。如果1665到1713年的早期觀測也是同樣風暴的話,那大紅斑至少已經存在350年了。

大紅斑可能在1665年之前就出現了,但它目前的位置在1830年後才被觀測到。經過1879「隆重登場」,天文學家們才開始仔細研究大紅斑。但由於1830年後的現代研究與17世紀的觀測之間有較長的時間斷層,17世紀人們看到的大紅斑和我們如今看到的或許並不是同一個。原先的大紅斑到底是分散、重組、消失了,還是之前的觀測記錄並不完善,我們都無從得知。

1879年(左)與2014年(右)對比圖,圖中上南下北。圖源:Universe Today

舉例而言,羅伯特•胡克(Robert Hooke)在1664年就發現了木星上有一個斑,成為界內較為認可的首位大紅斑觀測者。但胡克觀測的斑有可能完全是在木星的另一個帶(北赤道帶,而現在的大紅斑位於南赤道帶)。第二年卡西尼(Giovannl Cassini)描述的「永恆斑」更加令人信服:

儘管能見度常有波動,「卡西尼斑」還是從1665年一直被觀測到了1713年,但其距現代觀測的118年(1713到1830)斷層讓人們無法確定它們身份的同一性。

美麗的木星。圖源:Media.mnn.

相關知識

木星是距離太陽第五近的行星,也是太陽系中體積最大的行星,目前已知有79顆衛星。古代的天文學家就已經知道這顆行星,羅馬人以他們的神稱這顆行星為朱庇特。古代中國則稱木星為歲星,取其繞行天球一周為12年,與地支相同之故。

作者: Quora

FY:小朴先森

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選文:天文志願文章組-

翻譯:天文志願文章組-小朴先森

審核:天文志願文章組-

終審:天文志願文章組-

排版:天文志願文章組-零度星系

美觀:天文志願文章組-

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3.原文來自:https://www.forbes.com/sites/quora/2016/02/10/why-jupiters-great-red-spot-is-the-perfect-storm/#5ec720f27c8d

本文由天文志願文章組-小朴先森翻譯自Quora的作品,如有相關內容侵權,請於三十日以內聯繫運營者刪除。

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全文排版:天文在線(零度星系)


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