科学家发现土星存在巨大的能量失衡现象

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翻译：Hygee

校译：王忠伟

编排：刘斯媛

后台：朱宸宇

https://phys.org/news/2024-06-scientists-massive-energy-imbalance-saturn.html

土星的能量失衡。

图片来源：NASA/JPL

休斯顿大学的研究人员最近发现，土星上存在巨大的能量失衡。这一发现为行星科学和演化带来了新的启示，并对现有的太阳系气态巨行星的气候模型提出了挑战。相关研究成果发表在《自然通讯》（Nature Communications）上。

“这是首次在气态巨行星上观察到季节性尺度的全球能量失衡,”休斯顿大学自然科学与数学学院的物理学教授李立明（音）说。“这不仅让我们对行星的形成和演化有了新的理解，还改变了我们对行星和大气科学的思考方式。”

借助卡西尼探测任务的数据，国家空间站地球与大气科学系的三年级博士生王心悦（音）发现，土星上存在一个显著的、以前未知的季节性能量失衡现象。

“每个行星都通过太阳辐射获得能量，并通过发射热辐射失去能量，”王解释道。“但土星，像其他气态巨行星一样，还有一个来自深层内部的热量输入，这影响了它的热结构和气候。”

这种失衡是由于土星轨道离心率很大所致，从近日点（轨道上最靠近太阳的点）到远日点（轨道上最远离太阳的点）其变化幅度接近20%，导致吸收的太阳能量出现巨大季节性变化。与土星不同，地球由于轨道离心率非常小，不会经历显著的季节性能量失衡。

大气科学教授江迅（音）说：“地球确实有一个可测量的能量预算，但它主要由吸收的太阳能量和发射的热能量决定。地球的内部热量可以忽略不计，其季节只持续几个月，而土星的季节则长达数年。”

数据还表明，土星的不平衡能量预算在巨型风暴的发展中起到了关键作用，巨型风暴是该行星大气系统中的主要天气现象，这些数据也可为地球的气候提供新的视角。

“据我们所知，能量预算在地球潮湿、对流风暴发展中的作用尚未被充分研究，所以我们计划也对这一点继续深入研究，看看是否存在关联。”王说。

卡西尼号探测器观测土星画面。

图片来源：休斯顿大学

卡西尼任务是美国宇航局、欧洲空间局和意大利空间局携手合作的一项宏大计划，1997年启动，持续探索土星及其星环和卫星系统近20年。李教授被选为为参与科学家，负责监控探测器上三个观测土星辐射能量预算的仪器。

在李和江教授的指导下，王与物理学研究生关拉里（Larry Guan）以及地球与大气科学系的蒂山·D·卡兰达纳·G（Thishan D. Karandana G）和罗纳德·奥尔布赖特（Ronald Albright）共同完成了这项研究。

“在当前的气态巨行星大气、气候和演化模型和理论中，全球能量预算被假定为平衡的，”王说道。“但我们发现的这种季节性能量失衡现象，促使我们需要重新评估这些模型和理论。”

李教授的团队现已将研究目光投向其他气态巨行星，包括计划在下个十年进行旗舰探测任务的天王星。

“我们的数据表明，这些行星也将有显著的能量失衡，特别是天王星，我们预测由于其轨道离心率和非常高的倾斜度，将具有最强的失衡，”王说道。“我们现在正在研究的内容将识别当前观测的局限性，并提出可检验的假设，这将有利于未来的旗舰任务。”

除了休斯顿大学的研究人员外，该研究的作者还包括来自美国宇航局、威斯康星大学、马里兰大学、中央佛罗里达大学和加州大学圣克鲁斯分校的科学家，以及来自法国和西班牙的科学家。

责任编辑：DAIKIN

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喜马拉雅山脉上空的巨大喷流

图源：NASA

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