天王星和海王星的天气限制在“天气层”

天王星和海王星上的喷射流仅限于一个小的气象层

行星海王星上的喷射流的示意图。大气循环的特征在于赤道附近的西部流动和更高纬度的东部流动。由魏义曼科学学会育中恰齐齐的礼貌;美国宇航局

在一项新发表的研究中,研究人员详细描述了大气环流模式天王星海王星,发现在大气中观察到的气体流量仅限于“天气层”,深度不超过约1000公里。

天王星和海王星的长期天气预报是什么?这些行星上有风速超过1000公里/小时的极端风,像地球一样大的飓风一样的风暴,持续数年的巨大天气系统和快速流动的喷射流。这两颗行星有着相似的气候,尽管天王星在冬天的时候是朝向太阳的。这些行星上的风已经在它们的外表面被观测到;但要了解它们的天气系统,我们需要了解它们的地下情况。例如,大气模式是从地球深处产生的,还是局限于接近地表的浅层过程?亚利桑那大学和特拉维夫大学魏茨曼科学研究所的一项新研究表明,今天发表在《自然》杂志上的,表明,表面上看到的风图案只能在这两个世界上延伸到目前为止。

对于一个没有固体表面的行星来说,了解大气循环并不简单,因为在固体、液体和气体层之间不存在类似地球的边界。自20世纪80年代旅行者II号宇宙飞船发现这些强烈的大气风以来,这些风的垂直程度一直是一个主要的谜题——它影响着我们对控制大气动力学和这些行星内部结构的物理理解。但魏茨曼研究所(Weizmann Institute)环境科学与能源研究部(Environmental Sciences and Energy Research Department)的尤海·卡斯皮(Yohai Kaspi)博士领导的一个团队意识到,他们有一种方法,基于一种分析行星重力场的新方法,来确定大气层厚度的上限。

行星中质量分布的偏差导致重力场中的可测量波动。例如,在地球上,大型山附近飞行的飞机感觉到那座山的轻微重力。像地球一样,太阳系的巨大行星是迅速旋转的体。事实上,所有这些都比地球旋转;天王星和海王星的旋转周期分别为约17至16小时。由于这种快速旋转,风旋转在高压和低压区域周围。(在一个非旋转体中,流动将从高到低压。)这使得研究人员能够推断压力和密度分布与行星风场之间的关系。这些物理原则使Kaspi和他的共同作者首次计算了风图案的重力签名,从而产生了这些行星的风引起的重力图。

通过计算一个大范围的理想星球的引力场模型,没有风的任务由团队成员拉维特博士冥界的特拉维夫大学进行比较与观察到的引力场,上限的气象对引力场的贡献。这使得卡斯皮的团队,包括一些教授。亚当表演者和比尔•哈伯德亚利桑那大学的教授和欧迪Aharonson魏兹曼研究所的表明大气中的气体流观察仅限于“weather-layer”的深度不超过1000公里,占只有一小部分百分之一的这些行星的质量。

虽然未经天王星和海王星的航天器任务是为了不久的将来,但Kaspi预测,该团队的调查结果将在分析即将密切关注的另一组大气循环模式中:那些木星。卡斯皮,赫勒德和哈伯德是科学团队的一员美国宇航局对木星的朱诺航天器。朱诺于2011年推出;在2016年到达木星后,它将提供非常准确的这种巨型气态行星的重力场测量。使用与本研究的方法相同,卡斯巴预计他们将能够获得对天王星和海王星获得的相同类型的信息:即,对该星球的大气动力学的深度放置限制。

天王星和海王星是太阳系中最远的行星,关于它们的形成和组成仍有许多悬而未决的问题。这项研究有助于揭示它们黑暗深处的奥秘,甚至可能提供有关这些行星是如何形成的信息。此外,在其他恒星周围探测到的许多系外行星已被发现与天王星和海王星的质量相似,因此这项研究对于理解类似大小的系外行星也很重要。

Yohai Kaspi,“天王星和海王星上喷射流的大气约束”,Nature 497, 344-347,(2013年5月16日);doi: 10.1038 / nature12131

图片:Yohai Kaspi,Weizmann科学学院;美国宇航局

1评论关于“天王星和海王星的天气限制为“天气层””

  1. 像天王星和海王星这样的振铃行星的天气层似乎是常见的。唯一理想的条件恰好是由巨大的星球周围环绕,气体流气流收集以形成围绕其赤道的环。此外,在这些巨大行星中赤道的线速度非常高,以使气流流过,因为它们的旋转速度大而流动。除了围绕这些天然气和土星等这些天然气巨头的无数的海运和卫星,也是天王星和海王星,它是对所有这些气体巨头周围的气体环负责的气体流,我们从本文中推断出来。谢谢。

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