原标题:Saturn北极有1个六边形漩涡

原标题:Saturn北极6边形:直上云霄

原标题:Saturn的陆边形沙暴变得更想不到了!

澳门金沙城 1卡西尼号最后三次中距离飞掠土卫陆。图片来源于:NASA

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出品:科学普及通中学华夏族民共和国

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U.S.国家航空航天局的卡西尼号探测器,已经达成了最后三回与土卫6泰坦的中距离约会,即将迎来它围绕Saturn最后2贰圈的职务最终章。

旋转中的土星北极陆边形

制作:haibaraemily

分明性,Saturn环是土星标志性的特征。壮美的土星环为Saturn颜值加分不少,使其持有丰富的本钱去竞争太阳系最美行星的荣誉称号。

新加坡时间十二月214日1四时07分,卡西尼号探测器对土卫陆举办了第一贰五回,也是最终贰回的远距离飞掠,从离开那颗卫星表面仅有97玖英里的万丈经过。

Credit: NASA/JPL-Caltech/SSI/Hampton
University

监制:中科院总结机网络消息宗旨

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飞掠之后,卡西尼号传回了它拍戏的图形和别的数据。卡西尼号上的雷达对遍布在土卫6北极地区的碳氢化合物海洋和湖泊拍录了最终一组新的雷达影象,本周化学家将对那几个形象实行分析商量。这么些雷达影象覆盖的地面,在此在此之前被卡西尼号上的相机拍戏过,但尚无被雷达扫描过。雷达商量团队还安顿接纳那些新数据来第贰回(也是最终一回)探测量土地卫陆上有些小湖泊的吃水和化学组成,并招来进一步的凭据来研商被物管理学家称为“魔幻岛”的那种不断变更的地势特征(详见《土卫6泰坦惊现“魔幻岛”》)。

土星北极陆边形,卡西尼号踏上壮丽最后章。当卡西尼号探测器在201四年抵达Saturn系统时,Saturn南半球正值三夏,而北极正值冬天。卡西尼号在Saturn的南极上空发现了八个科普的,温暖的,高空漩涡,但是在Saturn的北极空间未有看出。

除了那个之外多姿多彩的环系,Saturn最令人着迷的或然就是北极的陆边形结构了。

除此而外Saturn环,Saturn还有3个深入人心的特色——Saturn北极的陆边形飓风。

NASA喷气推进实验室的卡西尼号项目地国学家Linda·施Peel克(LindaSpilker)说,“卡西尼号对土卫陆的中远距离探测今后早就变成千古,但探测器已经采集的大度数码将给物历史学家以后几拾年的探究提供资料。”

1项新的悠久商讨发现,当Saturn的北极近乎朱律时,Saturn的北极现身了令人惊愕的表征,闻明的Saturn6边形漩涡上方,现身了另1个6边形漩涡,化学家们将其称为塔状结构。那项探究于五月二4日在《自然通信》上刊登。

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早在上个世纪八10时期初,知名的游客一号在拜访Saturn时就留心到那么些神秘6边形沙暴的存在,并在二十几年后获取卡西尼号的印证。

澳门金沙城 5卡西尼号最后2回走近土卫6时拍录的图纸,未经任何处理。图片来源:NASA/JPL-Caltech/Space
Science Institute

那是地教育学家们第3遍看见1个北极漩涡在Saturn北极空间形成,这几个气旋位于云层上方数百公里,那1层称为平流层。

图:Saturn北极陆边形。来源:NASA

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翻开壮丽最后章

对土卫6的本次中距离飞掠,也将卡西尼号探测器送上了颇具戏剧性的结尾一幕,称为壮丽最终章。随着探测器从土卫陆身旁经过,那颗卫星的重力弯折了卡西尼号的运营路线,轻微改变了探测器环绕Saturn的清规戒律,让它不再从Saturn光环的外面擦过,而是将从Saturn和光环之间通过211遍,从二月217日开头。卡西尼号探测器将在7月壹16日跃入Saturn大气层,以那种能够推动丰硕科学钻探成果的办法,终结一切探测职务。

“此次飞掠土卫六之后,大家就到底投身到了壮丽最终章。”喷气推进实验室的卡西尼项目首席营业官厄尔·梅泽(Earl
Maize)说,“探测器现在早就跻身了一条弹道轨迹,无论如何,固然今后不再选择推进器对运营轨道举办细微的调整,大家也依旧会在六月一四日进来Saturn大气层。”

澳门金沙城 7透过这一次对土卫陆的飞掠,卡西尼号实际三月经踏上了最后22圈环绕Saturn的守则。图片来源:NASA
Jet Propulsion Laboratory

在这一次中距离飞掠土卫陆的进程中,卡西尼号相对于Saturn的运维速度获得了大开间升高,时速大约提升了30九8英里(确切来说,每秒的周转速度加快了860.伍米)。

飞掠土卫6后,卡西尼号继续前行滑行,在新加坡时间一月24日11:46到达了它近期围绕Saturn轨道的最远点。那或多或少誉为远质心点,是卡西尼号环绕Saturn新一圈的伊始。从技术角度来说,卡西尼号的壮丽最后章就从这一刻从头,但思索到结尾章真正令人快乐的风云是一月22二十二日卡西尼号从Saturn和光环之间第一回穿越,职务团队将把后人就是壮丽最终章的正规起源来加以庆祝。

澳门金沙城 83月二二日,卡西尼号将第叁次从土星本体和Saturn光环之间通过。图片来源于:NASA/JPL-Caltech

探测器第壹遍越过土星和光环之间,将发出在法国巴黎时间二月5日一7时。在通过时期,卡西尼号将与地球失去联络大致一天时间,因为它将掀起前所未有靠近Saturn的机会开始展览科考。卡西尼号陈设最早在新加坡时间十一月2二10十四日一5:0五与地球重新取得有线国际电信联盟系。一旦有线电通讯建立成功,图片和任何数据急忙就将启幕传入地球。

卡西尼任务的亮丽最后章将带给大家怎么样的视觉盛宴?大家静观其变!(编辑:Steed)

出自英帝国莱斯特高校,那项研商的主要笔者Leigh
Fletcher说:“当Saturn北极越来越暖和时,大家真正希望看到某种形式的涡流,它的形态确实让人奇怪,多个例外的陆边形漩涡在Saturn北极区别中度形成。一个在云中,三个在高出的平流层。实际上这便是一个跨度数百英里范围的塔状结构。”

就算这几个隐衷的6边形总不随便揭露它的面罩**。**

卡西尼号是人类太空探索史上最光辉的探测器之1,200四年功成名就进去Saturn轨道,在经历一三年的传说探测之旅后,于20一7年3月跌入Saturn大气,化作1颗流星,成为土星的一有个别。卡西尼号向地球传回的雅量数据彻底改变了人类对Saturn的认识,个中当然包涵这些6边形沙暴。

Saturn北极6边形漩涡于一玖八零时代由NASA的游人号探测器第3遍发现,并且被商量了几十年,它是三个持续时间非常长的波,恐怕与Saturn的自转有关,那种气象在地球上也能观看,例如极地的激流(Polar
Jet Stream)。

一9八四年7月,旅行者二号探测器中远距离飞掠Saturn,但立即并不曾发觉北极有6边形结构

下图是物艺术学家使用卡西尼号传回的探测数据合成的土星陆边形龙卷风动态变化的情景。请问是哪位道友在此渡劫?

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诚然,旅行者二号立时代前卫传了诸多含有了Saturn北极的肖像,但些照片并不是正对极区拍片的,由此非常短一段时间里,芸芸众生都并未有从这一个被中度拉伸变形的北极照片中看出什么…直到7年后。

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位于Saturn北极平流层六边形漩涡的亮度图

一九九零年,美利坚合资国国家光学天文台的Godfrey重新处理了这一个照片[1],他将那些照片重新投影和东拼西凑,才咋舌地觉察Saturn的北纬77°周围居然有二个这么之大的陆边形涡旋结构——

值得1提的是,当卡西尼号200肆年刚进去Saturn轨道时,Saturn北半球正值冬日,超低的温度限制了卡西尼号对六边形台风的探测。

Credit: NASA/JPL-Caltech/University of
Leicester/GSFC/L.N. Fletcher et al. 2018

每条边长达1.38万公里,比地球的直径还要长

而Saturn的一年一定于地球的30年,直到201四年土星北半球进入清夏,卡西尼号才足以对6边形暴风展开深入探测。有趣的是,卡西尼号瞥见了三个骤然的情形,使得土星陆边形沙尘暴变得更其奇怪。

土星的两极不壹样,当Saturn南极正值夏日时,南极空中的云中以及云顶都尚未6边形的漩涡。

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询问Saturn的北极涡流为什么具有6边形结构,深层大气如何影响高层环境,地工学家们对此很感兴趣,并打算查明大气层中的能量是哪些传播的。回来新浪,查看越来越多

图:“拼图”里发现的Saturn北极6边形。来源:参考文献[1]

据近期公布在《自然通信》的1项钻探介绍,物医学家经过分析卡西尼号的探测数据发现,在Saturn陆边形沙风暴上方还留存1个巨型沙台风,而且甚至也是陆边形的。

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旷日持久的四季

本来的陆边形暴风藏身于土星大气深处,而新意识的6边形龙卷风则盘旋在Saturn大气上部的平流层中。

那Saturn的南极有未有近似的组织吧?那时候还不明了。

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因为旅行者二号飞过Saturn时,正逢土星南半球的冬天——整个南极都淹没在一片黝黑之中。

无须置疑,这项新意识牵引出了壹密密麻麻难题。比如,Saturn有什么异样之处,怎样在北极区域创设出那些奇妙的6边形龙卷风?再者,五个陆边形沙尘暴之间存在什么样关联?希望在卡西尼号遗留的多少中能够找到一些线索吧!

而游客2号的清规戒律规划只是飞掠而过,看完那1眼就再也未曾改过自新。

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是的,遥远的Saturn有好几和我们的地球挺像的,那正是自转轴倾角(约等于自转轴和公转轨道面包车型客车夹角)都以20多度,那意味着Saturn和地球一样,也有引人注目标四季更替,南北极也有极昼和极夜——只然则,Saturn的一年大致有2玖.七个地球年那么长,也正是说,Saturn上的每一种季节,是地球的30倍长。

主要编辑:

当然,后来等到Saturn的南极从乌黑中流露脸来,一些地基天文望远镜和哈勃空间望远镜都对Saturn的南北极举行过阅览,可是,南极并从未如此的6边形涡旋,唯有八个伟大的圈子的涡流。

也便是说,Saturn北极的6边形结构不管是在太阳系中,依旧在土星上,都以全球无双的。

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图:卡西尼号拍片的Saturn南极和北极。南极有一个伟大的圆形涡旋,而北极则是二个平静的6边形结构丰裕极点三°周边的二个微型涡旋。来源:NASA

而是,照旧由于Saturn的华丽超长版四季,我们很难持续跟踪Saturn南北极涡旋随季节的变型,不要说贰个Saturn年了,跟踪半个Saturn年(1四.多少个地球年)都很难。

以至卡西尼号探测器的赶来。

19玖⑦年五月一八日,卡西尼号发射于美利坚同盟国卡纳维拉尔角。

200四年一月1十七日,卡西尼号成功跻身Saturn轨道,那时北半球的亚岁(二零零零年三月)刚过去不久。

未来,卡西尼号初步了长达一三年的Saturn探测,刷新了我们Saturn、Saturn环系和土星的多颗卫星的认识。

一贯到20一7年6月一日,一年前的后日。

为了制止由于规则失控制污染染了Saturn的卫星们(特别是土卫2那样大概全体生命存在条件的卫星),卡西尼号选用趁燃料还未耗尽之时主动撞向Saturn大气层坠毁来甘休任务。

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图:卡西尼号停止任务。来源:NASA

在这一三年里,卡西尼号是叱诧整个Saturn系的王者。

在那一三年里,卡西尼号也幸运地见证了土星的南半球怎样从晚秋跻身十月,而北半球又是如何从隆冬进入初冬

我们好不简单有了足以频频观测Saturn北极陆边形随季节变化的火候。尤其是通过卡西尼号的复合红外光谱仪(CI卡宴S)这一个大杀器,它一定于是3个高阶版三棱镜,能够捕捉和平化解释近红外非确定性信号,分析分化波长的辐射强度和见仁见智化学成分的含量变化。

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图:卡西尼号的布局和它指导的复合红外光谱仪(CIWranglerS)。来源:NASA

北极:从冬辰到青春

Saturn北极的6边形结构爆发在哪个地方呢?在此之前以为,在Saturn的对流层

和地球相似,对流层是Saturn最尾巴部分的大气层,Saturn的云都在这壹层里。随着压强增添,从对流层顶部往下有两种差异的物质凝结成云:最上层是氨的冰,中间是氢硫化氨的冰,最下层是水冰。

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图:Saturn的对流层和平流层。改编自:©
201一Pearson 艾德ucation, Inc

英帝国莱斯特大学的Fletcher小组通过跟踪卡西尼号200四-201四年的探测数据,发现从2005-20壹3年初的土星北极亮温图中,北极的6边形结构和终点的小漩涡在**对流层**中都平安存在[2]。

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图:卡西尼号的复合红外光谱仪(CI奥迪Q5S)获取的Saturn北极对流层的亮温图。可是须要专注的有个别是,这里的“亮温”,其实是一种对辐射强度的平等表明,所以固然是“温度”,但实则并不是这几个区域的骨子里温度。来源:参考文献[2]

而与平流层的对照亮温观测也越来越验证,本条6边形确实在对流层,因为平流层的亮温图里就未有见到别的陆边形的印迹

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图:卡西尼号的复合红外光谱仪(CI帕杰罗S)获取的Saturn北极平流层的亮温图,未有观看此外陆边形的概况。来源:参考文献[2]

但Fletcher小组也发现,从冬日(200四年)到春日(201四年)那壹里面,北半球表现出的季节性别变化化实在并不显明:纵然北半球如预期一样在渐渐变暖,但一心比不上卡西尼职务伊始阶段观测到的南半球严月时那么的熊熊温度变化[2]。

也正是说,在那么些北半球即将来临的朱律,也正是卡西尼职分最终的几年岁月里(201四–20一七年),Saturn的北极大概会突然变得龙腾虎跃。

物医学家们着急地守候着卡西尼号用最终的时段来交给答案。

深秋的平流层:“另3个6边形”?

20一柒年七月,Saturn北半球的大暑按时到来。

20一七年8月,卡西尼号截至义务。

近些年,Fletcher小组继续分析了卡西尼号最终几年的洞察数据,结果不但补充了卡西尼长达一三年的极区跟踪考查的最后一点空荡荡,还发现了越来越大的大悲大喜:

Saturn北极的平流层在春夏之交也赫然伊始显现出了和对流层6边形1样的六边形结构!那1结出刊登于二零一八年11月十十三日的《自然·通信》杂志[3]

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图:卡西尼号的复合红外光谱仪(CI凯雷德S)获取的Saturn北极平流层的亮温图,从201四年一月那张开始能够见到亮温差别的6边形概略,红圈标出的是6边形轮廓最清楚的几张。来源:参考文献[3]。

其1平流层中的六边形会不会是自身独立演进的?也许性非常小,因为它和对流层那么些陆边形太像了,很难想象在变幻莫测的Saturn大气层中,会在同样地点的例外中度独立演进八个壹律的协会。

更恐怕的是,Saturn极区的六边形结构并岂但局限在对流层,而是穿破了对流层与平流层的界线(也正是对流层顶),一向延伸到了平流层——

这是一个高达300海里的陆边形高塔,从云层中独立出来。

不过,其壹夏天才显现出来的平流层六边形结构是直接就有的吧?**大家还无法显著。**由于201肆年以前的平流层数据功率信号较弱,所以化学家们近来还不能认同这么些平流层的陆边形塔到底是由于季节变迁到了春夏才“升上来”的,依然平素就矗立在那里。

北极漩涡:好像真的比南极弱一点?

就算Saturn北极的6边形涡旋在卡西尼职责的末梢几年里的确变得更其活跃了,但即便在“巅峰”时期,Saturn北极温度清劲风的变型依旧未有高达南极“巅峰”时的档次,北相当的大气中的1些碳氢化合物的周旋含量(尤其是甲烷、十三烷甲烷、加氢苯、丁②炔和二氧化碳)也远低于南极,那意味着土星的北极涡旋也许真的并未有南极涡旋发育得那么“成熟”

那倒也简单驾驭,终究北半球的伏季时有产生在远日点周围,而南半球的三夏则发出在近期点周围,南北极在清夏的能量积累情状有所分裂

一派,咱俩对南北极气旋还有太多不了然的地点。尽管我们早已驾驭,土星北极的六边形结构是与自转相关的极区急流引起的,知道南北极气旋的活泼会陪伴着温度的上涨和大度中碳氢化合物的丰赡,但更有血有肉的形成体制还不知道。除了季节(光照)因素之外,还有为数不少成分会影响大气的温度和移动状态,例如大气下沉引起的热度进步、大气成分变化、十三烷和十七烷那类冷却剂的震慑、大气层中的霾/气溶胶的影响…那么些大家都还远远不能深刻摸底。

比如说此次的钻研还发现,在平流层较低的职责(二mbar到100 mbar的中度之间)(越高的地点气压越小,一bar相当于地球上的二个标准大气压),北极的体察温度与事先的论争揣度相比适合,而南极的考查温度却总体比理论值偏高,那表示咱俩后面对土星大空气温度度的理论测度中漏掉了某种唯有南极才有的热源,也代表大家对极区温度变化学工业机械制的精晓是不齐全的。

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图:南北极的热度随中度变化曲线,浅豆沙色实线和虚线是论战值,彩色是实际观测值。来源:参考文献[3]。

还有1种大概是,北半球在立秋之后还会一连变活跃,甚至会持续到春分。或许说,北半球活跃期的顶峰还未曾完全到来

但很可惜的是,卡西尼号没有机会证实这一点了

或许接下去的地基天文望远镜和空间望远镜能够做肯定的存在延续跟进观测。

比如说…笔者在终极表示,也足以期待万年跳票的James韦伯望远镜啊。(你们是认真的么?

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后 记

算是发现原来二遍推送能够发两篇小说!于是后天推送的第一篇作品补发了二〇一八年2月头阵于和讯专栏的关于卡西尼号壮丽终章的介绍。

2018年的后天,也正是卡西尼号坠毁的那天对蒙酱也是个第1的光阴,那是自身大学生结束学业典礼日子。当时写了一篇半是回顾卡西尼号,半是眷恋自身的篇章:卡西尼号||1眼二拾年。

日子荏苒,匆匆又是一年。

隙中驹、石中火、梦中身。

至于小编

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灰原哀大学生(haibaraemily),从事行星科研,本公众号主页君。越多优异,欢迎关切群众号~

知乎、微博、果壳:@haibaraemily

参考文献

[1] Godfrey, D. A.(1988). A hexagonal
feature around Saturn’s north pole. Icarus, 76(2), 335-356.

[2] Fletcher, Leigh N.,et al. “Seasonal
evolution of Saturn’s polar temperatures andcomposition.” Icarus 250
(2015): 131-153.

[3] Fletcher, L. N., Orton, G. S.,
Sinclair, J. A., Guerlet, S.,Read, P. L., Antuñano, A., … & Hurley, J.
(2018). A hexagon in Saturn’snorthern stratosphere surrounding the
emerging summertime polar vortex. Nature communications, 9.

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