木星大紅斑是一個巨大的漩渦，已經存在了至少 190 年。最近的研究表明，它有別於早期觀測到的紅斑，模擬探索了木星風是如何塑造它的。木星紅斑一直在縮小，未來的研究將側重於它的可持續性和未來可能的解體。
木星大紅斑（GRS）是一個很容易看到的反氣旋漩渦，也是太陽系中最大的此類漩渦，自從幾個世紀前首次透過望遠鏡觀測到它以來，科學家們就對它產生了濃厚的興趣。最近的研究，包括模擬和太空任務數據，對它的形成、穩定性以及未來縮小或消失的可能性進行了調查。資料來源：NASA、ESA、A. Simon（戈達德太空飛行中心）和 M.H. Wong（加州大學柏克萊分校）
木星大紅斑（GRS）是太陽系中最具標誌性的特征之一。這個巨大的大氣結構目前的直徑相當於地球的直徑，由於其醒目的紅色，與木星蒼白的雲頂形成鮮明對比，因此很容易辨認出來。即使是小型望遠鏡也能捕捉到它的獨特外觀。GRS 是一個巨大的反氣旋漩渦，其外緣的風速可達 450 公裏/小時。它是太陽系所有行星大氣層中規模最大、持續時間最長的漩渦。然而，GRS 的確切年齡仍有爭議，其背後的形成過程仍是一個謎。
天文學家喬瓦尼-多梅尼科-卡西尼（Giovanni DomenicoCassini）在 1665 年首次用望遠鏡觀測時，就發現了一個與地球同步衛星同緯度的暗橢圓形天體，並將其命名為"永久點"（PS），因為他和其他天文學家一直觀測到 1713 年。
隨後，它的蹤跡消失了 118 年之久，直到 1831 年及以後，S. Schwabe 才再次觀測到一個清晰的結構，大致呈橢圓形，與地球靜止軌域位於同一緯度；這可以被視為對當前地球靜止軌域的首次觀測，或許是對新生地球靜止軌域的觀測。從那時起，一直到今天，人們透過望遠鏡和存取過地球的各種空間飛行任務定期對地球資源衛星進行觀測。
在這項研究中，作者首先分析了它的大小隨時間的演變、結構，以及前 PS 和 GRS 這兩種氣象形式的運動；為此，他們使用了可追溯到 17 世紀中葉（即望遠鏡發明後不久）的歷史資料。
從左至右Enrique García-Melendo （UPC）、Agustín Sánchez Lavega 和 Jon Legarreta（UPV/EHU）。圖片來源：Fernando Gómez.UPV/EHU
"根據對紅斑大小和移動的測量，我們推斷目前的紅斑極有可能不是卡西尼觀測到的紅斑。紅斑可能在 18 世紀中葉到 19 世紀之間的某個時候消失了，在這種情況下，我們可以說紅斑現在的壽命至少超過了 190 年，"UPV/EHU 的物理學教授 Agustín Sánchez-Lavega 解釋說，他是這項研究的負責人。1879 年，紅斑最長軸的面積為 3.9 萬公裏，現在已經縮小到大約 1.4 萬公裏，同時變得更加圓潤。
最新發現和模擬研究
此外，自 20 世紀 70 年代以來，多項太空任務對這一氣象現象進行了密切研究。山齊士-拉韋加解釋說："最近，環繞木星軌域執行的朱諾號任務所搭載的各種儀器顯示，與水平尺寸相比，木星環流系統較淺且較薄，因為它的垂直長度約為 500 公裏。"
為了弄清這個巨大漩渦是如何形成的，UPV/EHU 和 UPC 小組在西班牙超級電腦上進行了數值模擬，如西班牙超級計算網絡（RES）中的 BSC MareNostrum IV，使用了木星大氣中薄漩渦行為的兩種互補模型。在這顆巨大的行星上，主要是沿平行線流動的強烈風流，其方向隨緯度交替變化。在 GRS 的北面，風向為西風，時速為 180 公裏；而在南面，風向則相反，為東風，時速為 150 公裏。這就產生了巨大的南北風速切變，而這正是漩渦在其內部生長的基本要素。
在研究中，探索了一系列機制來解釋地球同步衛星的成因，包括爆發巨大的超級風暴（類似於在孿生行星土星上很少觀測到的超級風暴），或者風切變產生的多個較小渦旋的合並。結果表明，雖然在這兩種情況下都會形成反氣旋，但其形狀和動態特性與目前的地球靜止軌域不同。山齊士-拉韋加說："我們還認為，如果發生了其中一種不尋常的現象，當時的天文學家一定已經觀測到並報告了它或它在大氣層中的後果。"
數值模擬和未來研究
在第三組數值實驗中，研究小組探索了風中一種已知的不穩定性如何產生 GRS，這種不穩定性被認為能夠產生一個拉長的細胞，將它們包圍並困住。這樣一個細胞就是原地球同步衛星，一個新生的紅斑，它隨後的收縮將產生 19 世紀末觀測到的緊湊而快速旋轉的地球同步衛星。在木星上其他主要旋渦的形成過程中，已經觀測到了大型細長細胞的形成。
UPC物理系研究員恩歷克-加西亞-梅倫多（Enrique García-Melendo）說："在我們的模擬中，超級電腦讓我們發現，當拉長的細胞以木星風的速度圍繞GRS外圍旋轉時，它們是穩定的。研究人員使用了兩種不同類別的數值模型（一種在UPV/EHU，另一種在UPC），得出結論認為，如果原GRS的旋轉速度低於周圍風的旋轉速度，原GRS就會破裂，從而無法形成穩定的漩渦。如果旋轉速度非常高，原地球靜止軌域的性質就會與當前的地球靜止軌域不同。"
未來研究的目的是試圖再現地球資源衛星隨時間縮小的過程，以便更詳細地了解其隨時間持續存在的物理機制。同時，研究還將嘗試預測 GRS 在達到一定大小極限時是否會解體和消失，就像卡西尼號 PS 可能發生的那樣，或者它是否會穩定在一個大小極限上，從而可能會持續更多年。
編譯自/scitechdaily
