美國國家航空暨太空總署（NASA）對木星上氣旋的衛星圖像進行的分析表明，木星上的風暴是由與地球上類似的過程推動的，新的研究表明，木星兩極地區的咆哮風暴是由研究地球海洋和大氣層的物理學家所熟知的過程所驅動的。

朱諾號太空船拍攝的木星北半球雲層系統。新的研究顯示地球的大氣過程與木星的大氣過程有相似之處，有助於了解木星風暴是如何維持的。資料來源：美國國家航空暨太空總署

這兩顆行星之間的地球物理共通性橫跨4.52 億英里，甚至可以幫助人們更了解地球上的這些過程。這項研究由加州大學聖地牙哥分校史克里普斯海洋研究所的物理海洋學家Lia Siegelman 領導。

2018年，當西格曼注意到木星巨大氣旋的圖像與她正在研究的海洋湍流之間驚人的相似性時，她首次將我們的星球與這顆氣體巨行星聯繫起來。對物理學家來說，空氣和水都被認為是流體，因此將海洋物理學應用於木星並不像聽起來那麼牽強，西格曼說：「木星基本上就是氣體海洋」。

這項初步觀測結果促使西格曼與他人合作撰寫了2022年發表在《自然-物理》上的研究報告，該報告分析了美國宇航局朱諾號飛船拍攝的木星氣旋的高分辨率紅外線圖像。分析結果表明，一種與地球上類似的對流有助於維持木星風暴，木星風暴的寬度可達數千英里，持續時間長達數年。

2022 年的研究直接關注木星的氣旋，但Siegelman 也看到了氣體漩渦之間的空隙中出現的縷縷卷鬚，研究人員稱之為細絲。這些細絲在地球上也有類似之處，Siegelman利用朱諾號的詳細圖像研究了這種與我們星球的海洋和大氣過程的相似性是否只是表象。

今天（6月6日），由史克里普斯大學和美國國家科學基金會資助的《自然-物理》雜誌發表了西格曼的後續研究報告，他發現木星氣旋的形成過程與地球上的氣旋形成過程有更多相似之處。研究表明，木星氣旋之間的細絲與對流協同作用，促進並維持了木星的巨大風暴。具體來說，作用方式類似地球上海洋學家和氣象學家所說的鋒面。

天氣預報中經常討論鋒面–例如冷鋒或風暴鋒面–但它們既適用於氣體，也適用於液體。鋒面是由於溫度等性質不同而導緻密​​度不同的氣體或液體之間的邊界。在海洋中，鋒面也可能是由鹽度差異造成的，鹽度與溫度一起影響著海水的密度。鋒面的一個主要特徵是其前緣具有強大的垂直速度，可以形成風或洋流。

分析朱諾號紅外線影像

為了弄清楚她在朱諾號的圖像中清楚看到的木星氣旋之間的細絲所起的作用，西格曼查看了朱諾號拍攝的一系列紅外線影像。這批影像拍攝的是木星的北極區域，每30秒拍攝一次。

由於這些圖像是紅外線圖像，因此西格曼和她的合著者、美國宇航局噴氣推進實驗室、加州理工學院和高等師範學院的帕特里斯-克萊因（Patrice Klein）可以計算出溫度–亮區較熱，暗區較冷。在木星上，大氣層中較熱的部分與稀薄的雲層相對應，較冷的部分代表厚厚的雲層，阻擋了更多來自木星超熱核心的熱量。研究人員隨後追蹤了照片之間30 秒間隔內雲層和細絲的移動情況，從而計算出水平風速。

有了這兩個訊息，Siegelman 和Klein 就能將海洋和大氣科學的方法應用到木星上，從而計算出與研究人員從圖像中得出的溫度和水平風速相對應的垂直風速。研究團隊計算出垂直風速後，就發現木星的細絲確實表現得像地球上的鋒面。

木星上鋒面邊緣的垂直風速也意味著鋒面以熱的形式將能量從木星炎熱的內部輸送到上層大氣–為巨大的氣旋提供動力。雖然對流是主要的驅動力，但鋒面佔木星氣旋總動能的四分之一，佔垂直熱傳輸的百分之四十。

對理解宇宙現象的影響

「木星兩極上的這些氣旋自2016年首次被觀測到以來一直持續存在，」西格曼說。 “大渦旋之間的這些細絲相對較小，但它們是維持氣旋的重要機制。鋒面和對流在地球和木星上的存在和影響令人著迷–這表明這些過程也可能存在於宇宙中的其他湍流體上。

西格曼也說，木星的巨大尺度和朱諾號的高解析度影像可以讓我們更清楚地看到像鋒面這樣的小尺度現象與氣旋等大尺度現像以及整個大氣層之間的聯繫–在在地球上，這些連結往往難以觀察到，因為它們要小得多，也更短暫。不過，她補充說，研究人員期待已久的一顆名為”SWOT”的新衛星將使這類海洋現象的觀測變得更加容易。

編譯來源：ScitechDaily