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，模擬探討了木星風是如何塑造它的。木星紅斑一直在縮小，未來的研究將專注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MH Wong（加州大學柏克萊分校）

木星大紅斑（GRS）是太陽系中最具代表性的特徵之一。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 公里/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，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，它的痕跡消失了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，與地球靜止軌道位於同一緯度；這可以被視為對當前地球靜止軌道的首次觀測，或許是對新生地球靜止軌道的觀測。從那時起，一直到今天，人們透過望遠鏡和訪問過地球的各種太空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。

由左至右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 萬公里，現在已經縮小到大約1.4 萬公里，同時變得更加圓潤。

最新發現與模擬研究

此外，自1970 年代以來，多項太空任務對此氣象現象進行了密切研究。桑切斯-拉韋加解釋說：”最近，環繞木星軌道運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 公里。

為了弄清楚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，主要是沿著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 公里；而在南面，風向則相反，為東風，時速為150 公里。這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併。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道不同。桑切斯-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。”

數值模擬與未來研究

在第三組數值實驗中，研究團隊探討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 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。 ，原GRS就會破裂，因此無法形成穩定的漩渦。

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，研究也將嘗試預測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