木星上的狂風

■ 伯納德·弗因

來自于德國馬普太陽系研究所、加拿大艾伯塔大學和美國加州大學洛杉磯分校的科學家們已經提出了一個新的三維計算機模型，成功地描述和解釋了木星帶狀風圈的所有重要特征。這項模擬暗示，木星上的風流系統(tǒng)也許一直深入到7000千米以下的深層大氣之中。

驅動這些風流的力量是一些較小的湍流，它們被行星彎曲的表面和迅速的自轉整理成了環(huán)繞行星的帶狀風圈。這個計算機模型還解釋了為什么會存在二種類型的風圈：赤道附近的是強勁而寬闊的風圈，而較高緯度則是狹窄的微風帶。這些原因深藏在行星的內部，在那里，極大的壓強使得大氣呈現出一種金屬狀態(tài)。

木星，我們太陽系中最大的行星，提供了一幅迷人的景色。許多不同色彩的云帶就像腰帶一樣環(huán)抱著這顆行星，這些云帶反映出了一個極其強勁和穩(wěn)定的、沿著東西方向吹動的風流系統(tǒng)。將1979年的“旅行者”號和最近的“卡西尼”號飛船所做的測量進行比較，結果顯示這個系統(tǒng)幾乎沒有發(fā)生過變化。這些風隨著云帶的變化而改變方向：赤道二邊暗云帶中的風吹向東方，而極地附近暗云帶中的風則吹向西方。最強的風圈位于赤道上，以每秒170米的速度吹向東方。這些風圈可以被分成二類：較強、較寬的風圈集中在赤道附近，而較高緯度的風圈通常較弱、較窄。

德國、加拿大和美國的研究者組成的小組已經提出了第一個計算機模型，能夠模擬木星風圈系統(tǒng)的所有重要性質，并且可以解釋它的起源。關于木星大氣動力學的模型可以被分為二類：淺層模型和深層模型。淺層模型的支持者們將地球氣象學中發(fā)展起來的技術應用到木星的大氣層之中。因為與行星的直徑相比，地球的大氣層是非常薄的，它的球殼形態(tài)可以用一個簡化的球面來近似，這使得計算機模擬可以運行得更快。這種模型也成功地產生出了幾條云帶，但在其他方面卻失敗了：赤道風圈——木星上最強的風圈吹錯了方向，二類風圈之間的差別也消失了，所有的風圈都差不多。

在20世紀70年代，德國拜羅伊特大學的榮譽退休教授弗雷德里克·伯西發(fā)展出第一個深層動力學模型。他指出，木星和地球大氣之間，存在著一個重要的差異：地球的大氣是有行星的巖石表面作為邊界的。而木星是一個氣體行星。根本沒有一個底面能夠將風限制在薄薄的一層球面上。這樣，高速風流就被限制在了外側10%的行星半徑之內。