土星风暴

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土星是太阳系中风最大的一颗行星,它被神秘的光环所包围着。土星上的风速最快可达每小时1000英里以上。土星风暴开始于一块巨大的乌云,体积与地球差不多。土星风暴在其南北半球都有,但最强烈的风暴还是出现在赤道附近。2012年7月22日,美航天器拍到土星强大风暴,持续约200天。
中文名
土星风暴
类别归属
天文气象
行星归属
土星
风暴大小
体积与地球相近
速    度
每小时100英里以上
活动周期
1周左右

土星风暴形成条件

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土星风暴开始于一块巨大的乌云,这块乌云的体积地球差不多
[1]  土星风暴被认为是近似对地球雷暴与无线电噪声生产在高压闪电放电。当风暴开始时,被风暴吞没的地方面积加起来相当于30个地球那么大。据天文学家们的计算,土星风暴的移动速度约为每秒450米,这一速度是地球上喷气式飞机速度的10倍,比木星表面的风暴还要快上3倍。
地球上,风暴一般只持续数周时间,在成熟后就逐渐衰弱下去,不会再从周围环境中获取新的能量。而在土星和其它巨行星上,风暴通常可以可以持续数月、数年,甚至几个世纪。而且它们通常不是逐渐衰弱下去,而是以合并的形式结束其旅程。
在土星上风暴是在整个星球是以环形的路线移动的。在土星的夏天,热空气会向着相反的方向运动,在一定的高度上变得极不稳定,由于其中氨的含量较大,最终会形成冰状的结晶体

土星风暴探测发现

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到达土星之前三个月,卡西尼号土星探测器目睹了土星表面两个大风暴并合成一个大风暴全过程,这是人类第二次在这个带环大行星上看到这一种现象[2] 
这两个风暴直径大约1000公里,相对于土星内部的自转而言,它们都在向西移动,经过约一个后,在2004年3月19-20日间合并成了一个新的大风暴。
北面的那个风暴移动速度大约是南面那个风暴的2倍,分别为11米/秒和6米/秒。它们就象高速公路上的两部
土星风暴 土星风暴
汽车相互追赶,并在合并中沿着反时针方向旋转。这与地球南半球飓风的旋转方向正好相反。
3月20日,就在并合之后不久,新形成的风暴在南-北方向是拉长的,两端各有一个亮的云点。两之后,新风暴的形状越来越圆,原来的两个云点向周围扩散变成了一层
11月27日,土星北极附近出现风暴漩涡云,距离土星大约40万公里的美国宇航局“卡西尼”探测器拍摄到这一过程。
卡西尼探测器在土星极地拍摄到类似气旋的风暴,由于土星较长的冬季北极处于黑暗之中仅能在红外波段下观测到。当土星缓慢环绕太阳运行,光线将最终抵达土星北极。
卡西尼探测器于1997年发射,自2004年以来一直环绕土星系统运行。

土星风暴巨型风暴

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2010年5月23日,正在土星轨道运行的美国宇航局卡西尼号探测器和欧洲南方天文台的地基大型望远镜正在追踪土星北半球出现的一个特大型风暴的发展动向。这个风暴规模罕见,席卷土星全球。
卡西尼号探测器搭载的无线电和等离子波科学设备首先探测到土星大气深处存在一个巨大的湍流,随后在2010年12月份,地面上的业余爱好者们相继观测到土星大气表面出现一个巨大的风暴。随着其强度增加,这个风暴逐渐发展成为一个力量惊人的雷暴云团。这个风暴在土星动荡的大气中形成了一个直径超过3000英里(约合5000公里)的暗色漩涡,规模几乎和木星上的大红斑相当。
这种剧烈的动荡扰动了土星原本相对平静的平流层,形成一块相对温暖的区域,在红外波段看起来非常明亮,就像是一座星际灯塔。有关这项研究的详细论文将发表在本周出版的《科学》杂志。
雷·弗莱彻(Leigh Fletcher)来自英国牛津大学,他是这项研究的第一作者,同时也是卡西尼项目组的成员。他说:“地球上的任何风暴都不能和这个风暴系统相提并论。这样大规模的风暴是罕见的。在土星上,这样规模的风暴自从1876年有记录以来只观测到6次,最近的一次还是在1990年。”
这也是首次当风暴发生时在土星轨道上恰好有一艘人类的探测器,这也使它成为首个被在轨的宇宙飞船近距离仔细考察的土星风暴。除此之外它还是首个被从热红外波段进行研究的土星风暴,在这一波段土星的热辐射特
土星风暴 土星风暴
征能让科研人员了解其大气温度分布,风速以及化学组成情况。
位于智利帕拉那山的欧洲南方天文台甚大望远镜(VLT)和卡西尼探测器的合成红外光谱仪(CIRS)小组通力合作,获取土星大气表面的温度数据。
格林·奥顿(Glenn Orton)是美国宇航局喷气推进实验室(JPL)的科学家,也是这一论文的合著者。他说:“我们的这次观测显示此次风暴事件对土星大气层产生了严重的影响,发生了能量和物质的远距离输送,并导致大气环流模式的改变。这进一步引起了高空喷流和巨大漩涡结构的出现,也打乱了土星正常的季节转变。”
根据测量数据,研究人员们认为这次的风暴是土星有观测以来出现的最强烈的一次,这让他们很吃惊。这个风暴的起因仅仅是一次发生在土星深层大气的常规扰动,但是后来却穿破上覆的大气和云层,进入平流层并发展成了一次规模空前的剧烈风暴。
布里吉特·亨茨曼(Brigette Hesman)是美国马里兰大学的科学家,也是卡西尼合成红外光谱仪(CIRS)小组成员。他说:“在地球上,民航班机一般会选择在平流层中飞行以避免受到天气影响。但如果你是在土星上空飞行,那么这个风暴就实在升的太高了,飞机没办法避开它。”
这场风暴之剧烈,还有其他数据可以说明问题。比如,由于它从土星大气层下方各个层面卷起来的物质,土星上层大气的化学成分出现了变化。卡西尼合成红外光谱仪的观测数据中可以发现乙炔和磷化氢含量的明显改变。这两种化学物质经常被用作土星大气运动的示踪剂。在另一项独立的研究中,喷气推进实验室(JPL)的凯文·巴恩斯(Kevin Baines)领导下的卡西尼可见光与红外成像分光设备(VIMS)小组获取的数据分析确认了这次风暴正在卷起大量的深层物质,其中包括将数倍于任何以往风暴情况的氨卷起,送至高层大气。
卡西尼探测器是一个美国宇航局和欧洲空间局之间,以及意大利航天局的合作项目,于1997年10月发射升空,于2004年7月成功进入土星轨道开展考察工作。整个项目由美国宇航局喷气推进实验室负责管理。
六边形风暴
美国国家航天航空局的卡西尼土星探测器于1997年升空,一直在努力探索土星的种种秘密,预计它将于2017年通过与土星相撞终结使命。在工作期间,卡西尼号一直在对土星及其大气、光环、卫星和磁场进行深入考察,2012年3月,探测器曾发现土卫四上存在氧气。
  从2009年8月开始,太阳光开始照射到土星的北半球上,这给了卡西尼探测器对土星北半球展开调查的机会。2012年间,美国国家航天航空局便公布了一组来自土星北极地区的风暴照片,可以看到,照片中土星风暴竟呈神秘的六边形。
  太阳系的所有行星中,这个巨大的“六边形”风暴系统可谓独一无二。从土星的北纬70度开始一直在北极点都是这个巨型风暴的统治区域。从图中可以看出这个巨型风暴的中心有着明显的漩涡状结构,边缘呈现明显的六边
土星六边形风暴
土星六边形风暴 (4张)
形,宽度大约为3万公里左右,卡西尼探测器的调查结果发现风暴内风速已达到每小时322公里。这是太阳系内罕见的超级风暴,其最大的类似飓风的涡流直径达到了3500公里,是地球上已知最大飓风的两倍。
  行星学家认为,这是一个波动剧烈的高速气流。因为与地球不同,土星是一颗气体行星,上面没有阻碍气候模式变化的地面景观,这便意味着,这个“六边形”风暴系统可以在土星表面盘旋很长时间。地球上一次典型的飓风大概能持续一周时间,但土星上的这个风暴系统应该可以持续数十年,或许数个世纪。
  此外,该六边形风暴中还出现了许多较小的六边形风暴。
  科学家怀疑,此六边形风暴的形成与土星北半球的地形有关。另外,科学家还发现,地球上南极臭氧空洞形成的封闭区域,与土星的六边形风暴也有些相似—在地球上的冬季,可破坏臭氧层的化学反应发生后,形成的急流可阻止外面的臭氧对空洞进行补给—土星六边形风暴中央有些空洞,土星大气中的气溶胶也无法进入这些空洞中。[3] 

土星风暴持续百天

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2012年7月23日,美国宇航局卡西尼号飞船拍到了土星出现的迄今为止最大的风暴。随后,该机构公开了这些不可思议的照片。
照片上明亮的蓝色斑点显示出一个强大雷击 照片上明亮的蓝色斑点显示出一个强大雷击
科学家表示,他们看到这些照片时大吃一惊。照片中位于巨大风暴下明亮的蓝色斑点显示出强大的闪电。美国帕萨迪纳市加利福尼亚理工学院的尤利娅娜-迪尤迪娜说,他们事先并不知道会有这样的发现。她表示:“我们并没有想到在土星的白天半球能看到闪电,因为通常只有在夜晚半球才能看到这种天气现象。事实上,卡西尼号能探测到的闪电就表明它非常强烈。” 2011年3月,土星爆发过类似风暴。当时,这个航天器观测到一个巨大风暴出现在土星上,同时发现了闪电。
从照片右上角可以看到,巨大风暴产生雷击 从照片右上角可以看到,巨大风暴产生雷击
研究人员在这个航天器主相机上的一个蓝色滤光镜记录下这些闪光后就能确定闪电位置。然后,科学家把这个蓝色色调放大,就可以确定雷击的大小和位置。这些研究人员发现,卡西尼号这次记录下的雷击非常强大。
这些看得见的雷电闪光所产生的能量在一秒钟后能迅速达到约30亿瓦,相当于地球上一些迄今记录在案的最大最强的雷电闪光。科学家说,根据卡西尼号的记录,这个闪电穿越的地区长达100英里(约合160公里)。这个航天器共发现了8个雷电闪光。
拍到惊人闪电的卡西尼号艺术概念图 拍到惊人闪电的卡西尼号艺术概念图
造成这个强大雷击的风暴是土星迄今记录在案寿命最长的,从2010年12月开始,持续了令人难以置信的200天,于2011年6月底结束。它进入顶峰时将土星完全包裹。
1997年卡西尼号由美国宇航局发射升空,从2006以来一直绕土星运行。它的最新任务有望持续到2017年。卡西尼号轨道飞行器项目科学家琳达-斯皮克表示:“在过去8年里,土星大气不断发生变化。我们很想看看接下来会发生什么。”[4] 
近日美国宇航局的卡西尼号探测器在土星北极地区拍摄到一个巨大的风暴系统,事实上这一风暴系统已经存在数年之久。根据美国宇航局此次公布的图像和视频来看,这个风暴系统的风暴眼直径达到2000公里,这相当于地球上最强大飓风风暴眼大小的20倍以上。[5] 
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参考资料
词条标签:
自然 学科 天体