当其他行星(土星和天王星)的类似特征只持续几个月或几年的时候,木星的大红斑是如何持续这么长时间的呢?

时间:2020-06-27 10:27:53   作者:
我们猜测到目前为止来自地球物理流体动力学家的模型中,他提出了与菲利普·马库斯2013 APS在匹兹堡会议演讲题为意想不到的大红斑的长寿,海洋漩涡和其他斜压涡(只有说话的抽象,没有纸不幸)。

当其他行星(土星和天王星)的类似特征只持续几个月或几年的时候,木星的大红斑是如何持续这么长时间的呢?

旅行者1号的大红斑彩色照片

快速入门:

像木星的大红斑(简称GRS)这样的漩涡通过各种机制消散。漩涡内和周围的湍流和波浪消耗了它的风能。漩涡辐射热量,进一步损失能量。GRS正好处于木星大气中两股强大的喷流之间,这两股喷流向相反的方向流动,可能会使其进一步减速。

先前的涡旋模型考虑了这些耗散机制,预测GRS会在几十年后消失(而不是几年;风暴如此之大,以至于它的角动量非常大,而且由于没有行星表面提供摩擦力,所以它可以持续相当一段时间)。然后,这些模型试图通过提出“强迫机制”来解释GRS比预期寿命长,比如GRS吸收较小的涡旋来获得能量。但这种情况在GRS中并不经常发生。

哈桑扎德和马库斯的关键洞见是,他们意识到这些涡旋模型的简化假设实际上过于简单。大多数漩涡模型都是2D的,因为它们关注的是水平风,而水平风是能量的主要来源。涡旋也有垂直流动,但它们的能量要少得多,而且需要包含垂直流动的三维模型运行起来的计算成本要高得多,伴随而来的方程(非流体静力的Boussinesq方程)更难建模,所以它们被忽略了。

通过建立一个比以往任何时候都高分辨率的包含垂直和水平流的完全3D模型,Hassanzadeh和Marcus发现了两件事。首先,随着涡旋能量的损失,垂直流动将涡旋上部的热气体和下部的冷气体输送到涡旋中心,恢复部分损失的能量。其次,该模型还预测了一种径向流,这种径向流吸收高速射流吹向旋涡中心的风。这将能量注入涡旋,使其持续时间更长。这两个因素导致了更慢的衰变,有时是100倍。

Hassanzadeh &马库斯警告说,他们的模型还不能完全解释GRS的长寿,但是请注意,他们仍然做了一些简化假设他们希望进一步放松模型更新:他们没有包括来自偶尔获得的能量吸收的小漩涡,和他们没有占流的压缩甚至木星的球形。
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