木星不仅仅是太阳系中最大的行星,它也是最大的一个迷。为了更好地研究这颗充满的风暴的气态行星,美法科学家们携手打造了一个微缩的桌面式木星模型,以模仿木星大气的深层结构和内部动力。现代望远镜和深空探测器让我们对木星有了更细的了解,但科学家们仍在努力搞清它的形成与运作原理,尤其是它那数万英里厚、色彩斑斓的大气彩带(由近超音速嚎叫的狂风所推动)。
木星南极(左上 / 右下),实验室新模型得出的木星风暴结果(右上 / 左下)。
一个问题是,这种磅礴的风暴到底是仅存在木星大气的上层,还是一路延伸到了更低海拔的区域?
在此之前,科学家们一直依赖于表面图像测量和计算机模拟来估算,但其已被证明无法令人满意。
不过由加州大学洛杉矶分校 Jonathan Aurnou 带来的一支团队,却通过打造一个木星模拟(非数字)模型,在实验室的长椅上重现了木星大气的威风。
木星“涡流”是否仅存在大气上层?
UCLA 称,模拟仿真的复杂之处在于找到一种方式,来复制木星大气的三个关键属性 —— 分别是快速旋转、湍流、以及木星的球面形状。
此前的尝试未能完美重现,是因为整个装置没能让模型自旋到足够快的速度、或产生足够强的动荡。
Aurnou 的团队打造了一张在空气轴承上的桌子,旋转速度达到了 120 rpm,且能承载 1000 公斤(2200 磅)的重量。
这足以托起灌满了 200 升(105 加仑)液体的工业装置,当转速达到 75 rpm 的时候,可以甩出一条近似木星大气的抛物线。
想象图:飞掠木星上空的朱诺号探测器。
然后,研究人员利用地板下的水泵来注入有色水剂(通过一系列的进出孔)来产生动荡,结果就是在几分钟内旋转出了六个向着相反方向流动的同心环。
这也是实验室首次模拟出了如此强烈的现象,但考虑到它们是从底部注入、并在表面显示,科学家们猜测木星上的湍流也是有一定深度的。
下一步,他们将与 NASA 朱诺号木星探测器发回的数据进行对比,并借助阿贡国家实验室的超级计算机的力量,对木星结构和动力学获得更深入的见解、甚至尝试模拟稳定层的流体。
这项研究已经发表在近日出版的《自然物理》(Nature Physics)期刊上。