一項新的研究表明，至少190 年來一直可見的木星大紅斑並不是天文學家喬瓦尼-多梅尼科-卡西尼在1665 年觀測到的大紅斑。相反，目前的大紅斑很可能是由木星強大的大氣風的不穩定性發展而來，形成了一個持久的大氣細胞。

這項標誌性特徵可能形成於至少190 年前，是太陽系中已知存在時間最長的漩渦。

最新研究發現，木星大紅斑與早期觀測到的紅斑不同，存在時間超過190 年，可能是由大氣風的不穩定性形成的。資料來源：NASA/ESA/NOIRLab/NSF/AURA/MH Wong 和I. de Pater（加州大學柏克萊分校）等，致謝：M. Zamani

大紅斑是太陽系內已知最大的行星漩渦，但它的年齡一直存在爭議，其形成機制也一直模糊不清。新研究利用17 世紀以來的歷史觀測資料和數值模型來解釋這一壯觀現象的壽命和性質。

領導這項研究的西班牙畢爾巴鄂巴斯克大學行星科學家奧古斯丁-桑切斯-拉韋加（Agustín Sánchez-Lavega）說：”根據對大小和移動的測量，我們推斷出目前的大紅斑不太可能是卡西尼觀測到的’永久紅斑’，而它很可能在18世紀中葉到19世紀的某個時候消失了，在這種情況下，我們現在可以說紅斑的壽命超過了190年。

這項研究發表在《地球物理研究快報》（Geophysical Research Letters）上，這是一份開放取用的AGU 期刊，主要刊登具有直接影響力的高影響力短篇報告，涵蓋所有地球和太空科學。

木星的大紅斑是一個巨大的大氣漩渦，直徑與地球的直徑差不多。在它的外圍，狂風以每小時450 公里（280 英里）的速度呼嘯而過。它的紅色是由於大氣中的化學反應造成的，與氣態巨行星的其他淡色雲層形成鮮明對比。

幾個世紀以來，這個紅斑一直吸引著科學家，部分原因是它的體積很大，即使使用小型望遠鏡也能看到。 1665 年，卡西尼在與今天的大紅斑相同的緯度發現了一個暗橢圓，並將其命名為”永久紅斑”。直到1831 年及以後，科學家才再次在大紅斑的同一緯度觀測到一個清晰的橢圓形結構。鑑於歷史上對木星星斑的觀測時斷時續，科學家們長期以來一直在爭論今天的大紅斑是否就是17 世紀科學家們看到的那個大紅斑。

17 世紀天文學家卡西尼的插圖（ac），與2023 年埃里克-蘇森巴赫拍攝的木星當前大紅斑對比。資料來源：Sanchez-Lavega 等人(2024)

在這項研究中，作者利用1600 年代中期的歷史資料，分析了隨著時間的推移，光斑的大小、結構和位置的演變。

桑切斯-拉韋加說：”翻閱偉大的天文學家讓-多米尼克-卡西尼對木星及其永久亮點的記錄和繪圖，以及他在17 世紀下半葉描述這一現象的文章，讓我深受鼓舞和激勵。

研究報告稱，1879年，大紅斑的最長軸為3.9萬公里（約2.42萬英里），現在已經縮小到約1.4萬公里（8700英里），同時變得更加圓潤。自1970 年代以來，多項太空任務對這一氣象現象進行了研究；最近，朱諾號上的儀器觀測發現，大紅斑很淺很薄，這對科學家探索大紅斑的形成過程非常有用。

為了探索這個巨大漩渦是如何形成的，研究人員在超級電腦上使用了木星大氣中薄漩渦行為的兩種模型進行了數值模擬。該斑的形成可能是一場巨大的超級風暴的結果，類似於在木星的孿生行星土星上偶爾觀測到的那些風暴；也可能是多個較小的漩渦合併的結果，這些漩渦是由相互平行但方向隨緯度變化而交替的強烈風流所產生的風切而形成的；也可能是由於風的不穩定性而產生了一個拉長的大氣細胞，其形狀與該斑相似。

結果表明，雖然在前兩種情況下形成了反氣旋，但其形狀和動態特性與現在的大紅斑不同。另一方面，產生風不穩定性的細胞可能產生了一個”原大紅斑”，然後隨著時間的推移逐漸縮小，形成了19 世紀末觀測到的緊湊而快速旋轉的大紅斑。

在木星上其他主要旋渦的形成過程中觀察到的大型細長細胞支持了這個形成機制。

未來研究的目標是再現大紅斑隨時間縮小的現象，以闡明大紅斑相對穩定的物理機制。研究人員也希望預測大紅斑是否會像卡西尼永久黑點一樣，在達到一定大小的極限時解體消失，還是會穩定在一定大小的極限上，從而可能持續更多年。

編譯自/ ScitechDaily