土星著名的六边形可能高耸在云层之上

土星著名的六边形可能高耸在云层之上

“卡西尼”号在国际上执行了一项长期的任务，它揭示了土星北极夏季即将来临之际出现的一个令人惊讶的特征:一个六边形的、变暖的高空涡旋，类似于土星云层深处著名的六边形。这表明，低海拔的六边形可能会影响上面发生的事情，它可能是一个跨越数百公里高的高耸结构。

当卡西尼号于2004年到达土星系统时，南半球正享受着夏季，而北半球正处于冬季。宇宙飞船在土星的南极发现了一个宽广的、温暖的、高海拔的涡旋，但在土星的北极却没有发现。

一项新的长期研究发现，当土星的北半球接近夏季时，北极涡旋在大气层中形成。这个温暖的涡旋位于云层上方数百公里处，处于一层被称为平流层的大气层中，它揭示了一个意想不到的惊喜。

“这个新发现的涡旋的边缘似乎是六边形的，与我们在土星大气层深处看到的著名的奇异六边形云模式完全吻合，”英国莱斯特大学的Leigh Fletcher说，他是这项新研究的第一作者。

“当土星变暖的时候，我们确实预料到它的北极会出现某种涡旋，但它的形状确实令人惊讶。”要么一个六边形在两个不同的高度自发地和相同地产生，一个在云层较低，一个在平流层较高，或者六边形实际上是一个横跨几百公里垂直范围的高耸结构。

土星的云层承载着地球的大部分天气，包括已经存在的北极六边形。这一特征在20世纪80年代由美国宇航局的旅行者号宇宙飞船发现并被研究了几十年;这是一种可能与土星旋转有关的长波，这种现象在地球上的极地射流等结构中也能看到。

“卡西尼号”利用包括复合红外光谱仪(CIRS)在内的仪器，以多种波长(从紫外到红外)观察了它的特性，并详细揭示了它的特性。然而，在任务开始时，该仪器无法进一步观察到北部平流层，那里的温度在零下158摄氏度左右——大约20摄氏度对于可靠的环形红外观测来说太冷了——使得这些高海拔地区多年来相对未被探测到。

来自法国动力气象研究所的合作者Sandrine Guerlet补充说:“土星的一年大约有30个地球年，所以冬天很长。”

“土星在2009年才开始从北方冬天的深处出现，在北半球接近夏季时逐渐变暖。”

土星大气中一个奇怪的过程加速了这种变暖:当空气在北极下沉时，上部六边形变暖的速度越来越快，而向下的空气运输使得几个小物种的数量更加集中。温度的升高使弗莱彻和他的同事们得以在红外线下研究极地涡旋。

“从2014年开始，我们第一次使用CIRS仪器来探索北方平流层，”Guerlet补充说。“随着极地涡旋变得越来越明显，我们注意到它有六边形的边缘，并且意识到我们在比之前想象的更高的高度上看到了先前存在的六边形。”

这表明土星的两极运行方式非常不同——当卡西尼号在南部夏季任务早期观测到它时，南极没有六边形，无论是在云层顶部还是上面。北方的涡旋也远不及南方的成熟，因为它更冷，与南方的涡旋表现出不同的动态。

“这可能意味着土星两极之间存在一种根本的不对称，我们尚不清楚，也可能意味着在我们最后的观测中，北极涡旋仍在发展，而且在卡西尼号死后还在继续发展，”弗莱彻补充说。卡西尼号任务于2017年9月结束。

在土星位于云层上方数百公里处的北部平流层中出现了一个六边形，这表明在这个巨大的气体行星的大气层中，有更多的东西需要了解。

考虑到风的条件会随着海拔的变化而发生很大的变化，一个高耸的六边形结构在大气中伸展是不可能的。然而，通过研究北部地区的大气特性，弗莱彻和他的同事们还确定，像六边形这样的波应该不能向上传播——它们应该像之前所认为的那样，仍然被困在云层中。

弗莱彻解释说:“波浪‘信息’向上泄漏的一种方式是通过一种叫做“消失”的过程，在这种过程中，波浪的强度随着高度的增加而衰减，但其强度足以持续到平流层。”“我们只是需要知道更多。我们只是在卡西尼号生命末期才发现平流层六边形，这让人很沮丧。

了解如何以及为什么土星的北极涡呈现一个六角形状将阐明如何深现象氛围可以影响环境的高上面,是特别感兴趣的科学家们试图找出能源运输在行星大气层。

土星的北极地区预计将在未来几年继续发展;北半球在2017年5月过了夏至，并将在2024年迎来秋分。

“土星的北六边形是太阳系中最有魅力的成员之一的标志性特征，所以发现它仍然保留着主要的神秘是非常令人兴奋的，”卡斯尼-惠更斯任务的ESA项目科学家Nicolas Altobelli说。

“卡西尼号”宇宙飞船继续提供新的见解和发现，直到最后。如果没有像卡西尼号这样有能力的航天器，这些谜团就不会被解开。它展示了一个国际团队将一个复杂的机器人探测器送到一个以前没有探索过的目的地可以完成什么——即使任务本身已经结束，结果也会继续流动。