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来自太阳的热量一定在这种大气环流中扮演着某种角色,影响了气态巨行星大气的可见部分。
但木星的大气环流似乎主要是由内部热驱动的,并且是由木星的快速旋转控制的。
传统上,暗带被称为“带(belt)”
,中间的亮带则被称为“区(zone)”
。
图17显示了木星上主要带和区的名称。
由于我们没有固体表面作为参照系,所以在测量巨行星上的风速时,要参照巨行星自身的平均自转速度。
在木星上,云层顶部的风以每秒130米的速度向东吹过大部分赤道带。
北赤道带和南赤道带与赤道区的相邻边缘都有这种运动,但风速随着与赤道之间距离的增大而减小,并最终发生逆转,直到到达热带地区,风向在热带地区再次发生逆转。
以此类推,每条带和区之间的风向反复逆转,直到极地地区。
在木星的很多区,大气主要是上升的,这会导致氨云在高处凝结,使那里显得很明亮。
相反,在木星的带,大部分大气在下沉,这会把云顶拉得更低,使它们看起来更暗。
但在木星上已经发现了这种模式的局部例外,并且上升的区和下沉的带的一般规律在其他巨行星上几乎不存在,因为其他巨行星上的大气环流更难理解。
影响区和带能见度的一个复杂因素是,人们对会给云层添加颜色的微量化合物的性质和丰富程度知之甚少。
这些微量化合物被预测是光化学反应的结果。
木星大气的各种黄色和红色可能是由硫(S,从硫化氢或氨硫化氢中光化学释放)、磷(P,从亚磷酸中释放)或肼(N2H4,从氨中光化学释放)造成的。
土星大气颜色的变化不那么明显,区和带的模式也不那么明显。
但是,土星大气的风速更高,向东吹的风的速度超过每秒400米,在赤道两侧10纬度的区域内非常盛行。
木星和土星上的旋转风暴系统是众所周知的,最著名的例子是木星大红斑。
可以从图3中看到它——一个椭圆形地貌,横跨南赤道带和南热带区的边界,从东到西绵延26000千米,呈螺旋状结构,逆时针旋转的周期大约为6天。
至少从1830年起,从望远镜的观测中就可以清楚地看到木星的大红斑。
在木星(在图17中沿着南温带观测)和土星上都可以看到不同尺度的小风暴。
大约每隔30年,在夏季的北半球,土星大气图案就会被一个巨大的土星风暴系统毁损一次。
该风暴系统会从赤道附近的一个白点开始,在1个月内扩散至环绕整个土星,然后逐渐从视野中消失。
木星和土星呈淡黄色,天王星和海王星呈蓝绿色,这是因为我们是通过一定深度的甲烷气体覆盖层来看它们的云顶的。
甲烷气体会优先吸收较长波长的光,即红色的光。
天王星82.1°的轴倾角导致了极端的天王星季节变化。
例如当旅行者2号——唯一造访天王星的宇宙飞船——在1986年飞过天王星时,天王星的南极阳光充足,而北半球的大部分地区正经历着长达数十年的黑暗。
在旅行者号拍摄的图像上,天王星的南半球看起来平淡无奇,令人失望,但随着天王星年的推移,太阳开始在更宽的纬度范围内升起和落下,天王星也开始越来越像其他巨行星(图18)。
2007年,天王星经过它的春分点,其南极以及南半球的其他部分随后开始逐渐进入漫长的黑暗,并且南半球的仲冬将在2028年达到顶峰。
1989年,旅行者2号飞越海王星,揭示其中的详情。
那时的海王星看起来就像蓝色版本的木星,在赤道以南有一个巨型风暴系统,以黑斑的形式存在。
这个风暴系统被命名为“大暗斑”
,以致敬其在木星上的著名“表亲”
。
然而,“大暗斑”
的寿命较短,到1994年就消失了。
与木星和土星不同的是,海王星上的赤道风是向西吹的(与行星的自转方向相反),在图18中可以看出这一点,大黑点相对较小的、更偏南的黑点在西移。
图18 上图:1998年8月(左)和2006年7月(右),哈勃太空望远镜观测到的天王星。
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