張唯誠(chéng)

太陽(yáng)的風(fēng)暴世界

張唯誠(chéng)

假如木星上有天氣預(yù)報(bào)，而你恰好居住在木星大紅斑的旁邊，那你聽(tīng)到的天氣預(yù)報(bào)便可能是這樣的：“預(yù)計(jì)風(fēng)暴將持續(xù)幾百年，風(fēng)速每小時(shí)550千米?！?/p>

天然實(shí)驗(yàn)室

木星是太陽(yáng)系最大的行星，看上去像一只彩繪的盤(pán)子，上面有與赤道平行的白色、黃色、紅褐色的條紋和暗紅色的斑塊。最大的斑塊位于木星的南半球，模樣像一只紅色的眼睛，直徑接近地球的2倍。其實(shí)這個(gè)被人們稱為“大紅斑”的斑塊，是太陽(yáng)系中已知的最大風(fēng)暴。自1665年卡西尼描述了它的存在以來(lái)，它便一直在那里，也就是說(shuō)，這場(chǎng)風(fēng)暴至少已經(jīng)持續(xù)了大約350年。它還要存在多長(zhǎng)時(shí)間？這一直是一個(gè)不斷被爭(zhēng)論的話題。近來(lái)有人聲稱，這個(gè)大紅斑還將存在800年。

在太陽(yáng)系中，風(fēng)暴并不是木星的特產(chǎn)，其他星球也有。假如你有機(jī)會(huì)穿越金星的大氣層，便會(huì)遭遇每秒100米的強(qiáng)風(fēng)，可能還會(huì)遇到閃電。在火星上，風(fēng)暴時(shí)常裹挾著沙礫鋪天而來(lái)。海王星上的風(fēng)甚至達(dá)到了每小時(shí)1400千米，和這種風(fēng)比起來(lái)，地球上最強(qiáng)勁的颶風(fēng)也只能算拂面的微風(fēng)而已。

氣象學(xué)家僅僅研究地球上的天氣，而行星科學(xué)家則關(guān)注地球以外的其他星球，那里的天氣才是他們研究的對(duì)象。這種研究對(duì)地球而言同樣意義重大，它提供了與地球有關(guān)的種種答案，如地球的氣候會(huì)如何發(fā)展，氣候變暖會(huì)帶來(lái)怎樣的后果等。從這個(gè)意義上說(shuō)，每個(gè)星球都是一座天然的實(shí)驗(yàn)室，它們顯示了地球在各種情況下可能出現(xiàn)的狀態(tài)。毫無(wú)疑問(wèn)，地球以外的其他星球?yàn)槲覀冄芯匡L(fēng)提供了別樣的“實(shí)驗(yàn)室”。

穿越大氣層

氣候和風(fēng)只存在于有大氣層的星球上，在太陽(yáng)系中，這樣的星球至少有12個(gè)?？茖W(xué)家們?cè)谔?yáng)、多數(shù)行星和三顆衛(wèi)星上發(fā)現(xiàn)了大氣層。當(dāng)然，風(fēng)驅(qū)動(dòng)它們的天氣系統(tǒng)是需要能量的。在地球上，這種能量來(lái)自太陽(yáng)，太陽(yáng)加熱了一些氣團(tuán)，而另一些氣團(tuán)則依然較冷，于是較熱的氣團(tuán)便流向較冷的氣團(tuán)，這就形成了風(fēng)。

在太陽(yáng)系中，地球離太陽(yáng)不算遙遠(yuǎn)，而更遠(yuǎn)的星球從太陽(yáng)那里得到的能量就少，按此推算，科學(xué)家們起先認(rèn)為，這樣的星球不可能產(chǎn)生比地球上更為強(qiáng)勁的風(fēng)。然而，當(dāng)人們把一些探測(cè)器發(fā)射到了這些星球上時(shí)，他們驚呆了。

要探測(cè)其他星球上的風(fēng)，科學(xué)家們需要將一些探測(cè)裝置扔進(jìn)這些星球的大氣層中。假如一個(gè)星球上沒(méi)有風(fēng)，探測(cè)器會(huì)在引力的作用下垂直下落。假如探測(cè)器發(fā)生了偏斜，就表明探測(cè)器遇到了風(fēng)，科學(xué)家們據(jù)此可以估算出風(fēng)的速度和方向。使用這種方法，人們?cè)诮鹦?、木星以及土星的衛(wèi)星——土衛(wèi)六的云層中都發(fā)現(xiàn)了風(fēng)。

>>放大后的“大紅斑”

>>太陽(yáng)系中最大的風(fēng)暴“大紅斑”

>>木星

使用上述方法和其他技術(shù)，科學(xué)家們還探測(cè)到，在木星的上層大氣中，風(fēng)速約為每小時(shí)320千米，土星上層大氣的風(fēng)速約為每小時(shí)1290千米，海王星上層大氣的風(fēng)速約為每小時(shí)1450千米。然而，盡管地球和火星離太陽(yáng)比木星、土星和海王星都近，但其上層大氣的平均風(fēng)速卻僅為每小時(shí)96千米。

>>地球風(fēng)暴

和地球不一樣

海王星距離太陽(yáng)如此遙遠(yuǎn)，從那里看，太陽(yáng)只是一顆明亮的星星而已，然而那里的風(fēng)卻刮得如此猛烈，這真是令人費(fèi)解。美國(guó)路易維爾大學(xué)的行星科學(xué)家蒂莫斯·道靈感嘆道：“這種現(xiàn)象和我們已知的常識(shí)發(fā)生了令人驚訝的矛盾。”

然而，風(fēng)的謎團(tuán)還不是僅此一樁。在地球上，你站得越高，風(fēng)便越大，因而飛機(jī)遭遇的風(fēng)比汽車(chē)大，山頂上的風(fēng)比草原上的大，這種情況在金星和火星上也一樣。然而在土衛(wèi)六上，情況則發(fā)生了變化。2005年，當(dāng)土星探測(cè)器“卡西尼號(hào)”把一個(gè)子探測(cè)器“惠更斯號(hào)”投向土衛(wèi)六的大氣中時(shí)，雖在上層大氣中發(fā)現(xiàn)了最強(qiáng)勁的風(fēng)，但隨著降落，它卻感知不到風(fēng)的存在了。當(dāng)探測(cè)器在大氣層中下降到一半時(shí)，強(qiáng)風(fēng)又開(kāi)始了，而接近地面時(shí)，風(fēng)又停息了。這種奇怪的現(xiàn)象在木星上也有?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，木星最強(qiáng)勁的風(fēng)并不存在于大氣層的頂端，而是在大氣層的底部。對(duì)于這種現(xiàn)象，有一種解釋是，那里的熱量更多地來(lái)自于星球本身，它由內(nèi)而外影響著星球的氣候，同時(shí)也驅(qū)動(dòng)著那里的風(fēng)。

>>土星風(fēng)暴

狂怒的風(fēng)暴旋

隨著觀測(cè)技術(shù)的提高，人們發(fā)現(xiàn)在太陽(yáng)系中，類(lèi)似木星大紅斑的風(fēng)暴并不是孤立的，天王星和海王星都有暗斑，土星則有巨大的白斑，它們同樣都是龐大的旋轉(zhuǎn)著的風(fēng)暴系統(tǒng)。2006年秋天，“卡西尼號(hào)”在土星南極附近拍攝到一個(gè)狂怒的風(fēng)暴旋，和大白斑不同的是，這個(gè)風(fēng)暴有一個(gè)明顯的中心，一個(gè)“風(fēng)暴眼”。風(fēng)暴眼的內(nèi)壁是一堵由云層組成的“墻”，它的形態(tài)和地球上的颶風(fēng)很相似，但卻比地球的颶風(fēng)大好多倍，這是人們首次在地球以外的行星上看到了一個(gè)與地球颶風(fēng)如此相似的風(fēng)暴。

然而，最令人驚訝的風(fēng)暴依然還是木星上的大紅斑。大紅斑的顏色至今還是個(gè)謎。有人認(rèn)為，它的紅色來(lái)自于木星大氣中的紅硫化物，但也有人認(rèn)為它是某種環(huán)境變化導(dǎo)致的結(jié)果，可能與溫度的變化很有關(guān)系。另一個(gè)謎題是，大紅斑怎么能存在這么長(zhǎng)的時(shí)間，它還會(huì)持續(xù)多久呢？幾十年來(lái)，科學(xué)家們都在尋求答案。2013年11月，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)菲利普·馬庫(kù)斯等兩位物理學(xué)家發(fā)表了他們的最新研究成果。他們的研究方式是使用數(shù)學(xué)運(yùn)算和電腦模擬，在大紅斑中“引入”了垂直流動(dòng)的氣流。這看上去有些匪夷所思，但這兩位科學(xué)家坦言，只有這樣才有可能解釋為什么大紅斑會(huì)存在這么長(zhǎng)的時(shí)間。

長(zhǎng)命大紅斑

一個(gè)風(fēng)暴系統(tǒng)要持續(xù)存在，就必須不斷地得到能量的補(bǔ)充。在土星、木星和地球上，大氣中的噴流常常發(fā)展成旋流，地球上的龍卷風(fēng)便是其中的一種，大紅斑也是，只不過(guò)它比地球上的龍卷風(fēng)大得多而已。天文學(xué)家們?cè)?jīng)認(rèn)為，大紅斑是靠“吞噬”從噴流中甩出的較小旋流而獲得能量的。然而研究表明，如果僅是這樣，大紅斑便不足以維持很長(zhǎng)時(shí)間，所以許多人認(rèn)為，木星大紅斑要消失了。

然而，2013年11月，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)菲利普·馬庫(kù)斯等兩位物理學(xué)家發(fā)表了他們的最新研究成果。他們的研究方式是使用數(shù)學(xué)運(yùn)算和電腦模擬，在大紅斑中“引入”了垂直流動(dòng)的氣流。這看上去有些匪夷所思，但這兩位科學(xué)家坦言，只有這樣才有可能解釋為什么大紅斑會(huì)存在這么長(zhǎng)的時(shí)間。

當(dāng)馬庫(kù)斯等人引入了垂直流動(dòng)的氣流后，氣流便從大紅斑的頂部和底部流出來(lái)，它們“吞噬”附近的噴流，再進(jìn)入到大紅斑中，如此循環(huán)往復(fù)著。由于垂直流動(dòng)的氣流不斷地把大紅斑上面的熱氣流和下面的冷氣流重新帶入大紅斑中，而且附近的旋流也不斷地被這種運(yùn)動(dòng)帶入了大紅斑，因而大紅斑就能持續(xù)地得到能量。按照這兩位科學(xué)家的說(shuō)法，大紅斑還將持續(xù)800年。不過(guò)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的最新觀測(cè)顯示，這個(gè)大紅斑確實(shí)在縮小了。原因究竟是什么？我們還不得而知。

星球上的風(fēng)暴世界一直是人們最感興趣的話題之一，還有很多謎題等待著人們?nèi)テ平??？茖W(xué)家們希望通過(guò)破解這些謎題，來(lái)幫助人們解釋更多的天氣現(xiàn)象。這些研究有助于人們預(yù)測(cè)地球上的風(fēng)暴、干旱和其他氣象災(zāi)害。此外，地球的命運(yùn)同樣牽動(dòng)著人們的心弦。地球會(huì)像金星一樣變得炙熱如火嗎？還是像火星一樣變得異常寒冷呢？要回答這些問(wèn)題，人們也需要關(guān)注太陽(yáng)系的風(fēng)暴世界。

>>海王星風(fēng)暴

名詞解釋

大白斑：土星上的一種大氣現(xiàn)象，又稱大白橢圓，是一個(gè)與木星上的大紅斑相對(duì)應(yīng)的比喻名稱。它是一種在土星上周期性出現(xiàn)的典型白色斑點(diǎn)，直徑可以達(dá)到數(shù)千公里寬，已經(jīng)大到足以從地球上用小望遠(yuǎn)鏡就看得見(jiàn)的地步。

噴流：天體附近噴射出的定向、狹長(zhǎng)、準(zhǔn)直、高速的物質(zhì)流。它與吸積過(guò)程相伴，孿生于不同層次的天體系統(tǒng)，常見(jiàn)于類(lèi)星體、射電星系、微類(lèi)星體及年輕恒星（原恒星和主序前恒星）之中。