木星上的狂风

■ 伯纳德·弗因

来自于德国马普太阳系研究所、加拿大艾伯塔大学和美国加州大学洛杉矶分校的科学家们已经提出了一个新的三维计算机模型，成功地描述和解释了木星带状风圈的所有重要特征。这项模拟暗示，木星上的风流系统也许一直深入到7000千米以下的深层大气之中。

驱动这些风流的力量是一些较小的湍流，它们被行星弯曲的表面和迅速的自转整理成了环绕行星的带状风圈。这个计算机模型还解释了为什么会存在二种类型的风圈：赤道附近的是强劲而宽阔的风圈，而较高纬度则是狭窄的微风带。这些原因深藏在行星的内部，在那里，极大的压强使得大气呈现出一种金属状态。

木星，我们太阳系中最大的行星，提供了一幅迷人的景色。许多不同色彩的云带就像腰带一样环抱着这颗行星，这些云带反映出了一个极其强劲和稳定的、沿着东西方向吹动的风流系统。将1979年的“旅行者”号和最近的“卡西尼”号飞船所做的测量进行比较，结果显示这个系统几乎没有发生过变化。这些风随着云带的变化而改变方向：赤道二边暗云带中的风吹向东方，而极地附近暗云带中的风则吹向西方。最强的风圈位于赤道上，以每秒170米的速度吹向东方。这些风圈可以被分成二类：较强、较宽的风圈集中在赤道附近，而较高纬度的风圈通常较弱、较窄。

德国、加拿大和美国的研究者组成的小组已经提出了第一个计算机模型，能够模拟木星风圈系统的所有重要性质，并且可以解释它的起源。关于木星大气动力学的模型可以被分为二类：浅层模型和深层模型。浅层模型的支持者们将地球气象学中发展起来的技术应用到木星的大气层之中。因为与行星的直径相比，地球的大气层是非常薄的，它的球壳形态可以用一个简化的球面来近似，这使得计算机模拟可以运行得更快。这种模型也成功地产生出了几条云带，但在其他方面却失败了：赤道风圈——木星上最强的风圈吹错了方向，二类风圈之间的差别也消失了，所有的风圈都差不多。

在20世纪70年代，德国拜罗伊特大学的荣誉退休教授弗雷德里克·伯西发展出第一个深层动力学模型。他指出，木星和地球大气之间，存在着一个重要的差异：地球的大气是有行星的岩石表面作为边界的。而木星是一个气体行星。根本没有一个底面能够将风限制在薄薄的一层球面上。这样，高速风流就被限制在了外侧10%的行星半径之内。