答案是一个巨大的“水跃”,研究人员认为类似现象可能也发生在火星等行星上。

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2016年,日本的一颗金星轨道飞行器多次观测到,酸性云层构成的巨大波浪扫过金星大气层。大约十年来,天文学家一直无法将观测结果与现有模型相协调。但一个意想不到的联系终于给出了答案。

在最近发表在《地球物理研究期刊:行星》上的一项研究中,一个国际研究团队描述了巨大的“水跃”如何将硫酸蒸气推向大气更高处,在那里聚集形成巨大的酸性云团。这些锋面可绵延约6000公里(3728英里),并持续相当长的时间。因此,研究团队认为,这种水跃也维持着金星上的全球性大气现象,比如异常快速的风。

该研究的第一作者、日本东京大学行星科学家今村刚在声明中表示:“通过这项研究,我们现在能够证明,这种云层扰动是由太阳系中已知最大的水跃引起的。”

相似,其实不然

在大小、质量、密度和体积方面,金星与地球有着惊人的相似。但相似之处仅此而已。值得注意的是,金星浓厚的大气层和极端温度使其研究起来异常困难,即便是像“晓”号这样在轨道上安全观测的探测器也不例外。

当然,这并没有阻止研究人员利用一切可能的机会,从金星上提取有用的数据。例如,声明中称,由于金星有如此厚的云层覆盖,它是研究大气模式的“绝佳”目标,而这些模式在云层较为稀疏的地球等行星上并不那么明显。

云层三明治

根据这项研究,金星的大气层可以分为三层硫酸云。被称为“超旋转”的巨大风暴以令人目眩的速度环绕着这些云层,速度大约是金星自转速度的60倍。论文补充说,这些狂风还调节着金星的辐射能量收支以及大气化学和动力学。今村刚解释说,由于显而易见的原因,高层云层更容易被金星探测器(进而对科学家来说)研究,但中低层云层却难以调查。

今村刚在2016年发现,“晓”号传回了首批图像,显示重复出现的、席卷金星大气的云浪。他说,大气模型能解释的也就这么多,“我们识别出了这些现象,但多年来一直无法理解。”

欧洲航天局“金星快车”在2006年至2022年间进行的早期研究也证实了类似的观测结果。此外,一篇文献综述表明,这一云层特征至少从1983年起就在金星上反复出现——这意味着,出于某种原因,天文学家过去没有或无法确定这一现象背后的原因。

宇宙中的厨房水槽

今村刚和同事们检验了巨大水跃导致这种云浪的假说。水跃其实是相当平凡的现象,即便在地球上也是如此。事实上,你在自家厨房水槽就能观察到。打开水龙头,你会看到,当水柱撞击水槽时,会形成一个平滑的内圈,水流浅而快,而在圆圈边缘则有较深、较慢的水形成波纹。

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类似的情况也发生在金星上,当中低层云区的一个东向大气波变得不稳定时,就会出现这种现象。正如研究团队在论文中所说,这种“冲击”迫使空气沿着锋面急剧上升。这种突然的运动将硫酸蒸气带得越来越高,直到它最终凝结成环绕整个金星的云层。团队的数值模拟还表明,类似的过程有助于维持金星大气的超旋转。

地球孪生兄弟之外

除了解开一个持续数十年的谜团外,该团队表示,这些发现可以为未来的太空任务规划提供参考——而且不仅仅是对金星任务。例如,最近的研究证实,火星、太阳乃至地球大气中都存在超旋转现象。这对于人类寻求扩大在太空的存在至关重要,因为考虑天气状况对于保护宇航员和航天器至关重要。这项研究可能基于模拟,但当我们探索未知领域时,每一个细节都很重要。

今村刚说:“我们的下一步将是在一个包含其他大气过程的、更全面的气候模型中检验这一发现。在某些情况下,火星的大气层也可能具备形成水跃的合适条件。”

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