在木星的南极潜藏着一幅引人注目的景象——即使是一颗覆盖着彩色带的巨大气体行星，它的红斑比地球还要大。在这颗行星的南极附近，有一群漩涡风暴，它们以不同寻常的几何图案排列着，大部分是隐藏在人类窥探不到的地方。
自2019年美国宇航局的“朱诺”号太空探测器首次发现它们以来，这些风暴就给科学家们带来了一些神秘的东西。风暴与地球上的飓风类似。然而，在我们的星球上，飓风不会像木星上奇特的风暴那样，在两极聚集，绕着彼此旋转成五边形或六边形。
现在，在加州理工学院行星科学教授安迪·英格索尔的实验室里，一个研究小组已经发现了木星风暴异常的原因。他们使用的数学公式来自于近150年前英国数学物理学家和工程师开尔文勋爵(Lord Kelvin)的证明。
英格索尔是“朱诺号”团队的一员，他说“朱诺号”的风暴与每年夏天和秋天袭击美国东海岸的风暴非常相似，只是规模要大得多。
"他说:如果你走到云层下面，你可能会发现液态水雨滴、冰雹和雪。"风力将是飓风级。地球上的飓风很好地模拟了我们在木星上看到的各个漩涡的排列，但是在这里没有什么比"更令人惊叹的了
就像在地球上一样，木星的风暴倾向于在靠近赤道的地方形成，然后向两极漂移。然而，地球的飓风和台风在远离赤道之前就会消散。木星继续前进，直到到达两极。
"英格索洛说:不同之处在于，在地球上，飓风离开温暖的海水而进入大陆。木星没有陆地，所以那里的摩擦要小得多，因为那里没有可以摩擦的东西。只是云层下面有更多的气体。此外，木星在形成过程中遗留下来的热量与它从太阳中获得的热量相当，因此木星赤道和两极之间的温差不像地球上那么大
然而，英格索尔说，这个解释仍然不能解释风暴到达木星南极时的行为，这甚至比其他气态巨星都不寻常。土星也是一颗气体巨星，它的两极都有一个巨大的风暴，而不是几何上排列的风暴集合。
英格索兰和他的同事们发现，为什么木星有这些几何结构而其他行星没有，这个问题的答案可以在过去找到，特别是在1878年美国物理学家阿尔弗雷德·梅尔和开尔文勋爵的研究中。梅尔在一个水池中放置了一些漂浮的圆形磁铁，观察到这些磁铁会自发地排列成几何形状，就像在木星上看到的那样，形状取决于磁铁的数量。开尔文利用迈尔的观测结果建立了一个数学模型来解释磁系。的行为。
" Ingersoll说，在19世纪，人们在思考旋转的流体如何排列成多边形。尽管对这些流体多边形进行了大量的实验室研究，但没有人想到将其应用于行星表面
为了做到这一点，研究小组使用了一套被称为浅水方程的方程来建立一个计算机模型来模拟木星上可能发生的情况，并开始进行模拟。
“我们想探索使这些气旋稳定的各种参数的组合，”论文第一作者、加州大学伯克利分校Pegasi b博士后李成(17岁)说。现有的理论预测，由于行星的旋转，气旋会在极点合并，这也是我们在最初的试验中发现的
然而，最终，研究小组发现，如果每个风暴都被一圈风向与旋转风暴相反的风所包围，或所谓的反气旋环，就会形成类似木星的稳定几何结构的风暴。反气旋环的存在使风暴相互排斥，而不是合并。
英格索尔说，这项研究可以帮助科学家更好地了解地球上的天气如何变化。
他说，其他行星提供的行为范围比你在地球上看到的要广泛得多，所以你研究其他行星上的天气是为了给你的理论施加压力
这篇题为"的论文发表在9月8日的《美国国家科学院院刊》(Proceedings of The National Academy of Sciences)上，对朱诺号宇宙飞船揭示的木星两极多边形涡旋模式的稳定性进行了建模。合著者是加州理工学院的李成、哈丽特·布雷特尔(Harriet Brettle)和本科生亚历山德拉·克利普菲尔(Alexandra Klipfel)。
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://www.caltech.edu/about/news/solving-strange-storms-jupiter