金星|度日如年的金星却有着超高速旋转的大气，科学家终于解开了谜团科学|天文|太阳系

金星可以算是太阳系中一颗特立独行的行星了，其大气层的环流速度比星球本身的自转还要快，因此金星又被称为 ' 超级旋转体 ' 。在太阳系的已知天体中，只有土卫六有着这样的特性。科学家们一直以来都在尝试着解释这种现象背后的成因，目前有一个由全世界各地研究者组成的团队可能已经解开了金星大气层快速旋转的谜团。

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金星上的风速最快可以达到金星自转的60倍之多，所以虽然金星自转一周需要整整243天，其大气层绕金星一周却只需要短短的4天。相比之下，地球的大气层绕地速度只有地球自转的10%到20% 。科学家们在上世纪60年代就发现了金星大气的这一特征，但始终无法得知其背后的成因。

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图1：超级旋转现象在金星的阴面与光面都有发生，然而在光面的旋转较为有规律与统一；阴面却难以预测。图源来自：JAXA, ESA, J. Peralta 与 R. Hueso.
2016年，研究者在金星大气中发现了一个大型的静止重力波结构。这个弓状结构穿过金星的云层顶端并延伸了约1万千米，且相对于金星表面保持着静止状态，但金星大气还是在持续地高速旋转。

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2018年，一篇论文详细说明了重力波在金星大气高速旋转中发挥了怎样的作用。金星上的重力波非常强大，因其大气都是往同一方向运动的，而在地球上，因为地球上风的方向不像金星上那么单一，所以并不能产生如金星般的重力波结构。这一篇论文的确阐述了巨大重力波可以改变金星的旋转速率，但并没有解释金星那近乎疯狂的超高速大气环流。

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图2：破晓号卫星拍摄到金星上层大气中的重力波。图源来自：JAXA
“自从超级旋转现象在60年代被发现，其神秘的形成原因在科学界一直是个不解之谜。 ”一篇关于超级旋转论文的主要作者说道。
这篇新的论文叫做‘重力波与大气湍流是如何维持金星大气超级旋转的’ ，此论文的主导作者是来自北海道大学的堀之内武副教授，并在《科学》杂志上发表。大体上来说，这篇文章将金星大气的超级旋转归结于两个成因。在金星的赤道上，来自太阳光的加热在金星的光面产生了大气潮汐波，在其阴面，冷却也会产生同样的波。然而在金星的两极，事情却有所不同。一篇报道指出，越靠近两极的地方，大气湍流与其他的波就会发挥更加显著的作用。

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这篇新论文所做出的结论是基于日本破晓号卫星的数据，破晓号运行在一个椭圆的绕金星轨道上。且破晓号作为欧洲空间局金星快车（2006年到2014年期间运行在金星极轨道的卫星）的合作飞船，这一对探测器为我们了解金星做出了极大的贡献。破晓号上载有5个摄像头：3个红外线摄像头， 1个紫外线摄像头以及1个可见光摄像头。堀之内与他的同事使用了其中的红外线与紫外线摄像头，用来开发一种可以精确追踪金星云层的方法，以对云层速度进行精确计算。在这之后，堀之内的团队就可以估算出大气波与大气湍流到底如何影响金星大气的超级旋转。
他们注意到的第一件事就是温度分布：大气温度在不同高度的分布难以解释，除非金星上存在着跨纬度的大气环流。

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图3：艺术家（Akihiro Ikeshita）对破晓号的想象图。图源来自：JAXA
在发表的文章中，堀之内说道：“因为这样的大气环流会改变风的分布以及削弱超级旋转的峰值，所以同样也能侧面说明造成超级旋转如此强大的成因一定不止我们目前所已知的。 ”
在一系列的分析与模型计算之后，堀之内的团队得出了与之前不同的结论：热力潮。美国气象学会将其描述为：由于昼间太阳照射，大气层不同位置存在温度差从而导致的大气层气压的变化。堀之内也说道，热力潮是金星低纬度地区风的成因。然而这样的结论与之前的结论相左，因为之前的研究明确表明热力潮完全对超级旋转没有影响。这个文章还说到，热力潮在中高纬度对风有加速作用，而在低纬度地区则有减速作用。分页标题

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图4：金星大气的超级旋转（黄色粗线）机制大致如下：热力潮向着赤道运动导致了向西的超级环流。整个金星的大气由一个双环流系统控制：纬向气环流（白色线）缓慢地将热量传输到两极，而超级旋转则是传输热量到金星的阴面。图源来自：Planet-C project team
到此，堀之内的团队终于可以解释金星那不寻常的大气了。他们的研究不仅仅告诉了我们超级旋转是如何被维持的，也向我们揭示了金星上的热量是如何运转的。纬向气环流缓慢地将热量传输到两极，而超级旋转则是传输热量到金星的阴面。
就像其他很多的行星科学一样，一个现象的解释与阐明不止可以使我们了解这个现象本身，同时还可以帮助到很多研究系外行星的科学家了解越来越多的已知系外行星。
‘我们的研究可以帮助人们更好地理解潮汐锁定的系外行星，也就是那些一面总是朝向母星的行星们，它们也像金星一样，每一天都度日如年。 ’堀之内教授最后说道。
作者: EVAN GOUGH
FY: 神灵之踹
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