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科学家在实验室中模拟木星气体的结构与动力

  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。

  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。

  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。

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