土星的北极，存在一股长久且奇特的风暴气象。（图片来源：Adobe Stock）
在太阳系的寒冷边疆，环绕着土星北极上空，一个几乎违反直觉的巨大图案已存在数十年，甚至可能更久。那不是人造结构，也不是光影错觉，而是一股呈现近乎完美六边形风暴。
这个六边形位于北纬约78度，边长约14500公里，整体宽度超过29000公里，比地球直径还大将近2000公里，其垂直高度可达约300公里，由时速约320公里的高速大气喷流构成。更惊人的是，它的自转周期为10小时39分24秒，与土星内部电波辐射周期一致，仿佛与行星深层运动同步共鸣。
不同于地球上不规则蜿蜒的喷射气流，这个六边形长期固定在同一经度位置，并没有随着大气云层漂移，它是一个稳定的气象结构，而非短暂的风暴残影。
从边缘的观测到极地全景
1980与1981年，旅行者号两艘探测器飞掠土星时，首次观测到这股六边形喷流的边缘轮廓，但受限于飞行轨迹，它们无法从上方完整拍摄全貌。1987年，科学家戴维·戈弗雷透过拼接旅行者号影像，正式确认这一股极地的几何结构。
二十多年后，卡西尼-惠更斯号于2004年抵达土星，当时北半球正值漫长冬季，极地笼罩在黑暗中。2006年，卡西尼团队利用可见光与红外线测绘光谱仪在红外波段下观测六边形，因为红外线可侦测来自行星内部的热辐射。
到了2009年8月，土星接近春分，北极终于迎来阳光。卡西尼号的成像科学子系统拍摄到前所未有的高解析影像，看清楚这股宽度将近30000公里、风速约每小时500公里的对称喷射气流。六边形中心是一个巨大极地涡旋，它的风眼直径约为地球典型飓风的50倍，最大风速约为地球最强气旋的两倍。
哈勃空间望远镜的观测则证实，土星南极并不存在六边形结构，但同样存在一个极地涡旋。
颜色的季节转变
2012年至2016年之间，六边形区域的颜色由蓝色转为金黄色。这一变化与土星漫长的季节有关，土星绕太阳公转一周约需29个地球年，每个季节超过7年。
随着北极进入春夏，阳光增强，甲烷分子在紫外线作用下分解并重新组合为碳氢化合物微粒，形成黄色薄雾。较小颗粒集中于六边形内部，较大颗粒分布于外部，喷射气流清晰勾勒出边界轮廓。
为何是六边形？
科学界提出多种解释，早期假说认为与罗斯贝波有关。牛津大学研究指出，若大气中存在陡峭的纬度风速梯度，两股不同转速的流体交界处可形成稳定多边形。实验室中，旋转水槽确实可产生六边形，甚至三至八边形的结构。后续数值模拟显示，与云层方向一致的浅层喷流，可重现类似稳定边界。另有研究指出，北极涡旋与环极喷流的正压不稳定性互动，能产生长寿命六边形结构，而仅有喷流本身则无法维持。
2020年，加州理工学院数学研究指出，若风暴被反向旋转的“反气旋屏蔽”包围，可形成稳定多边形排列。然而土星北极气旋规模较大、风速较慢，没有形成如同木星的环极多边形系统，因此侧向涡旋与深层正压或斜压不稳定性，仍被视为较合理解释。
卡西尼号最后阶段的重力测量显示，云顶强风高达每小时1440公里，向下延伸约8000公里。2020年哈佛大学研究提出，深层超音速喷流可能被周围较小旋风挤压上推，形成稳定六边形。
持续数十年的气象奇迹
地球上的飓风通常维持一个星期左右，而这个六边形至少已存在数十年。它不是固体边界，而是一股气流，却在没有固体地表、没有山脉阻挡的气态行星上，维持几何对称。
2017年9月15日，卡西尼号在完成294圈环绕后，为避免污染可能具生命潜力的卫星，选择坠入土星大气层燃烧殆尽。它留下的大量数据，至今仍在分析之中。
这个北纬78度的巨大六边形，既是流体力学的自然实验场，也是行星气象学最引人入胜的谜团之一。它提醒人类，在看似冰冷遥远的宇宙中，自然法则同样能创造出令人屏息的气象奇观。
本文整理自NASA、WIKI及相关报导资料。
来源:看中国
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