風(fēng)暴肆虐太陽系

張唯誠

太陽系并不是一個平靜的世界，那里每時每刻都刮著巨大的風(fēng)暴。其中最為人們所熟知的風(fēng)暴存在于木星的南半球，它的直徑接近于地球的2倍，至少存在了三四百年，人們稱它為“大紅斑”。沒有人知道它還會存在多長久，但有人推測它還將存在800年。

大紅斑非常引人關(guān)注，它成了木星的標(biāo)志性符號。然而這一回，人們將目光轉(zhuǎn)向了太陽系的另一個星球——土星。從2018年至今，土星經(jīng)歷了一些奇怪的氣候，望遠(yuǎn)鏡圖像揭示了一種新發(fā)現(xiàn)的風(fēng)暴類型，它們在土星北極附近肆虐。

失敗的大白斑

其實，人們早就關(guān)注到了土星風(fēng)暴，那就是它巨大的白斑。那同樣也是一個龐大的旋轉(zhuǎn)著的風(fēng)暴系統(tǒng)，可以持續(xù)數(shù)月。然而，此前人們只在土星上觀測到2種類型的風(fēng)暴，除了大白斑外，還有一種只有大白斑小1/10的風(fēng)暴，直徑約為2000千米。

2018年，一些新的圖像引起天文學(xué)家們的關(guān)注，這些圖像有些是業(yè)余天文學(xué)家拍攝的，其他部分則來自西班牙卡拉阿托天文臺和美國宇航局的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡。西班牙巴斯克地區(qū)大學(xué)的行星科學(xué)家奧古斯丁·桑切斯·拉維加和他的同事們分析了數(shù)百幅這類圖像后，發(fā)現(xiàn)了一種全新的土星風(fēng)暴，它們屬于中型風(fēng)暴，存在于土星北極附近的大氣中，持續(xù)的時間有長有短，最短的只有10天左右，最長的存在了214天。2019年10月21日，奧古斯丁·桑切斯·拉維加團(tuán)隊在《自然天文學(xué)》在線版上描述了這種新型的風(fēng)暴。

土星風(fēng)暴被認(rèn)為是由水云引起的，這些水云存在于土星云幾百千米以下的地方，研究這種風(fēng)暴能讓人們深入了解那些無法直接觀測到的大氣深層活動。但這一次，土星風(fēng)暴的新類型給人們帶來更多謎團(tuán)。正如科學(xué)家們所說的，它留下的問題比給出的答案還要多。例如，目前人們對土星中型風(fēng)暴究竟是如何形成的，后續(xù)又將演變的爭論很是激烈。有人推測這些中型風(fēng)暴可能是一個“失敗的大白斑”。由于某種原因?qū)е碌哪芰坎蛔?，最終大白斑并沒有形成，只好演變成了這種介于大白斑和小型風(fēng)暴之間的中型風(fēng)暴。而另一些科學(xué)家并不認(rèn)同“失敗的大白斑”這個觀點，理由是在土星上，不同緯度的旋轉(zhuǎn)氣體往往會保持在自己的軌道上。因此，這些科學(xué)家認(rèn)為，這些中型風(fēng)暴是“完全不同的東西”。所以它們的起源以及它們與土星上其他天氣現(xiàn)象的關(guān)系仍然是個謎。

遠(yuǎn)未摸透的風(fēng)暴世界

土星風(fēng)暴的新動向引起科學(xué)家們對太陽系風(fēng)暴世界的更多關(guān)注。在太陽系中，氣候和風(fēng)暴現(xiàn)象只存在于有大氣層的星球上。人們在太陽、多數(shù)行星和一些衛(wèi)星上都發(fā)現(xiàn)了大氣層，其中有些就存在著風(fēng)暴。在土星、木星和地球上，大氣中的噴流常常發(fā)展成旋流，地球上的龍卷風(fēng)就是其中的一種，當(dāng)然大紅斑也屬此類。然而，它們也給科學(xué)家們帶來了很多疑團(tuán)。例如，木星、土星、天王星和海王星等星球，它們與太陽之間的距離都比地球遠(yuǎn)，顯然它們從太陽那里得到的能量就少?？茖W(xué)家們因此認(rèn)為，這樣的星球不可能產(chǎn)生比地球上更強烈的風(fēng)暴。然而，事實卻恰好相反，這些風(fēng)暴通常比地球上強得多，這是非常令人費解的。

有一種解釋是那里的熱量更多地來自于星球本身，它們由內(nèi)向外影響著星球的氣候，同時也驅(qū)動著那里的風(fēng)形成強勁風(fēng)暴。

研究太陽系中的風(fēng)暴現(xiàn)象有很多方法。例如，科學(xué)家們將一些探測裝置從環(huán)繞星球運行的探測器中扔進(jìn)星球的大氣層里。假若一個星球上沒有風(fēng)，探測裝置會在引力的作用下垂直下落;假若探測裝置發(fā)生了偏斜，就表明探測器遇到了風(fēng)，科學(xué)家們可以由此估算出風(fēng)的速度和方向。使用這種方法，科學(xué)家們在金星、木星、土星，以及土星的衛(wèi)星土衛(wèi)六的云層中都發(fā)現(xiàn)了風(fēng)以及風(fēng)暴現(xiàn)象。

人們還有另一種研究太陽系中風(fēng)暴現(xiàn)象的方法，即天文觀測。例如，人們對木星大紅斑就進(jìn)行了持續(xù)400年的天文觀測。觀測和研究結(jié)果顯示，“大紅斑”是木星大氣中一片快速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)暴氣旋，平均每6個地球日旋轉(zhuǎn)一周。

進(jìn)入新千年后不久，人們又相繼發(fā)現(xiàn)了木星的“小紅斑”和第三個“紅斑”，前者僅為大紅斑的一半大小，后者又只有“小紅斑”的一半大小。它們的變化都被望遠(yuǎn)鏡記錄在案：“大紅斑”在逐漸縮小。2008年7月3日前后，第三個“紅斑”解體成了一些碎片。而“小紅斑”的運動速度和規(guī)模則正在提升。到了2019年，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)“小紅斑”的最大風(fēng)速竟達(dá)到了614千米/小時，成了人們已知的太陽系中的最強風(fēng)暴。

在太陽系中，星球上的風(fēng)暴世界一直是人們最感興趣的話題之一?？茖W(xué)家們希望通過研究太陽系中其他星球上的風(fēng)暴世界，來進(jìn)一步了解地球上的天氣現(xiàn)象，這樣的研究有助于人們預(yù)測風(fēng)暴、干旱和其他發(fā)生在地球上的氣象災(zāi)害。與此同時，這種研究也便于人們更好地預(yù)測地球和太陽系的未來。