隔壁小金转圈圈 精分时节热兮兮

作者：王茸

校对：杨伯顺 王婧彧 张砚斌 张宇辰

审阅：牧夫天文校对组

美编：徐玖坤

后台：库特莉亚芙卡 李子琦

Credit: universetoday.com

大概是上上个月，我们讲了讲宇宙大学银河系为什么是弯的这件事（没看过的戳这里）。这次我们聊聊自己班的情况。太阳系的学生不多，跟班却很多，听说地头蛇木星的跟班已经有79个，土星有82个了。学生里还有对双胞胎，又酸又疯狂的那个娃是金星，又蓝又温柔的这个娃就是地球。本篇就诊断一下隔壁金星的“精分”球格。

隔壁小金，字太白，号长庚，又号启明，希腊名是阿佛洛狄忒，罗马名是维纳斯。名气大，脾气也大。说件“表里不一”的事，小金自转需要243天，可是他家大气层旋转一周只需要4天。相比而言，地球大气层的转速只达到了自转速度的10%-20%，是不是灰常温柔？放眼太阳系，只有土卫六泰坦(Titan)能在这种”精分”的疯狂中和小金一较高下。

Credit: JAXA, ESA, J. Peralta and R. Hueso.

上图为大家展现了他“精分”的特征。首先，右边是小金的昼半球，左边是夜半球。“精分”不舍昼夜，全年无休。其次，昼半球的大气层相对均衡一点，夜半球的大气层却躁狂不可测。

小金为何如此“精分”？这个问题从上个世纪60年代开始就困扰着温柔的地球科学家们。2016年，研究者发现了小金大气层有一个巨大的静止重力波（gravity
wave, 注意不要和引力波gravitational
wave混淆呦。举个例子，山地隆起引起气流上升，带来扰动，但如果周围空气足够稳定，重力就会使其下落，扮演恢复力的角色进行平衡。这种垂直方向上的波动，就是重力波。）。这个神秘的弓形结构绵延1万公里，横亘小金的云顶。虽然隆起部分和地面保持相对静止，但这并不能阻止大气层的疯狂旋转。

2018年，科学家们发文进一步解释了这个大弓形。小金的大气层总是向一个方向运动，以至于重力波如此巨大。和地球上的情况不同，风向多变且不团结，根本无法生成一个同等量级的重力波。童鞋们是不是和我一样一头雾水？别急，尽管这篇论文说明了重力波确实拖着小金，也改变了他的旋转速度，但是并没有解释明白超旋转的原因。

Credit: JAXA

上面这幅照片是霓虹国小金探测器“晓”(Akatsuki)拍摄的。你看重力波就显现在小金的高层大气中。“晓”(Akatsuki)探测器于2015年进入金星轨道，接过了欧空局“金星快车”(Venus

Express)的接力棒，在人类诊断隔壁邻居的研究中功不可没。“晓”携带五台相机，包括三台红外，一台紫外和一台可见光相机。其中，紫外和红外传回的图像服务于云层和风速的精确监测。

“晓”和小金同框艺术想象图

Credit: JAXA

虽然18年的那篇论文没完全讲明白，但至少为后来人的研究打开了一扇门。霓虹国科学家在研究“晓”发回图像的基础上，估测了小金大气波动和湍流在超旋转中的作用，这就是最近Science上这篇文章的由来。

论文生涩看起来累？别担心，以下信息足够你明白一个大概了。

现象部分：在小金的昼半球部分，赤道区域由于太阳照射升温，带来大气潮汐运动。夜半球部分，冷却同样也引起了振荡。但是在两极，情况就不一样了。越是接近极地，大气波动和其他形式的振荡带来的影响就越发明显。

烧脑部分：首先引起科学家们注意的就是大气垂直方向上的温度差异。如果大气的经向环流（沿经线方向的环流）不存在的话，那么就存在着无法解释的大气层中不同高度的温度差异。由于大气的经向环流可以改变风的分布并减弱超旋转的峰值，这也意味着另外一种力量在强化和维持着可见风的分布。

何方妖孽，在此作祟？

答案是热力潮汐（thermal tide）。热力潮汐，指的是太阳在白昼对大气层的加热不均匀而引起的气压变化。科学家们认为这种热力潮汐形成了小金低纬度地区的风。

热力潮汐这个解释和之前的研究都不同，之前的研究从来都没正眼打量过这个因素。霓虹国科学家们的研究认为热力潮汐在小金的中高纬度起了加速作用，而在低纬度地区却起了稍许的减速作用。

Credit: Planet-C project team

继续烧脑，我们看图说话：

上图中黄色部分为超旋转，方向为由东向西。红色部分热力潮汐流向赤道区域的上空，强化了向西的超旋转。大气层由一个双环流系统掌控：白色的经向环流携带热量慢慢移向两极，而超旋转快速向夜半球输送热量。所以总结一下：沿着经线方向的大气循环慢慢向两极地区供热，然而向西的超旋转不停加热着夜半球。

Credit: JAXA/Akatsuki/ISAS/DARTS/Damia Bouic

厚重又变幻莫测的大气层，一直是研究小金的阻碍之一。不过，他“精分”的气质又被我们认清了一些，热量传递的方式也被揭开了面纱。这是我们了解金星的一小步，但对于那些像他一样白昼孤苦漫长又被潮汐锁定的系外行星来说，却是研究进展的一大步啊。

参考资料

https://www.universetoday.com/145969/the-atmosphere-on-venus-rotates-faster-than-the-planet-and-now-astronomers-think-they-know-why/

http://m.haiwainet.cn/middle/348213/2017/0119/content_30666850_1.html

https://www.sohu.com/a/236583513_100136930

https://science.sciencemag.org/content/368/6489/405

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-04/hu-at042320.php

https://www.universetoday.com/141166/giant-streak-structure-found-in-venus-cloudtops/

『天文时刻』 牧夫出品

微信公众号：astronomycn

这是什么? 新的彗星吗? 不不不, 哪有那么多彗星给你们奶

这是英仙座分子云里一颗年轻的原恒星吸收星际气体产生的喷流

Credit: Hubble,NASA,ESA