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地球物理学家解决了关于木星上风流的神秘

时间：2021-12-04 09:25:04 来源：

观看木星的南极（左上级和右下方）和实验室实验中的图像重新创建行星的风（右上方和左下角）。

使用纺纱桌和巨大的垃圾桶，新实验首次模拟了木星在实验室中的旋转风。结果表明，风可能延长了木星可见气氛的数千英里。

木星的丰富多彩，旋转风，称为“喷气机”，有长期困惑的天文学家。

一个谜团一直存在喷气机只有在地球的高层大气中 - 就像地球的自己的喷射流一样 - 或者他们是否进入木星的气态内部。如果后者是真的，它可以揭示地球内部结构和内部动态的线索。

现在，UCLA Geophysicist Jonathan Aurnou和法国马赛的合作者，第一次在实验室中模拟了Jupiter的喷气机。他们的工作表明，风可能会延长千里多的木星可见气氛。

本研究在线发布于自然物理。

“我们可以在计算机中进行这些功能，但我们无法使他们发生在实验室中，”地球，行星和太空科学教授的UCLA教授，过去十年来研究计算机型号的旋流风。“如果我们对系统的理论理解，我们应该能够创建一个模拟模型。”

在实验室中重新创造旋转风的挑战正在建立一个星球的模型，其中有三个关键属性被认为是模拟器所必需的：快速旋转，湍流和模仿行星球形的曲率效果“。Aurnou说，以前在实验室中创建喷气式飞机的尝试经常失败，因为研究人员无法快速旋转模型或产生足够的湍流。

Aurnou的团队的突破是一款新的实验室设备。研究人员使用了一张桌子内置的空气轴承，可以在每分钟120次转速下旋转，并支撑高达1000公斤（约2,200磅）的负荷，这意味着它可以以模仿的方式以高速旋转大型流体罐木星的迅速旋转。

科学家们用400升（约105加仑）的水填充了一个工业大小的垃圾，并将其放在桌子上。当容器旋转时，水撞击其侧面，形成近似近似木星的曲面的抛物线。

“它的速度越快，我们越越好地模仿行星上存在的旋转和曲率的大规模强烈影响，”Aurnou说。但球队发现每分钟75次转速是一个实际限制：足以使液体铸成强烈弯曲的形状，但足够缓慢以使水溢出。

虽然可以旋转，科学家们在其假楼层下方使用泵通过一系列入口和出口孔循环水，这产生了湍流 - 实验的三种临界条件之一。这种湍流能量被引导到制造喷射器中，并且在几分钟之内，水流已经改变为六个同心流动在交替方向上移动。

“这是第一次证明了那些看起来像木星上那些在真正的流体中发展的强大喷射器，”Aurnou说。

研究人员推断出喷气机深深地，因为它们可以在水面上看到它们，即使它们在底部注入湍流。

研究人员期待着与Jupiter的真实数据测试他们的预测，他们不必等待长：NASA的Juno Space Probe探测器现在是Jupiter，收集有关其大气，磁场和内部的数据。朱诺特派团的初步结果在旧金山12月份的美国地球物理联盟会议上提出，而且在那里的Aurnou。

“来自木星的第一个飞行的朱诺数据表明，氨气的结构延伸到木星的内部，这对朱诺科学团队来说是一个大的震惊，”Aurnou说。“UCLA研究人员将在解释数据方面发挥重要作用。”

今年，Aurnou和他的团队将在伊利诺伊州阿尔冈的阿尔冈国家实验室使用超级计算机来模拟木星内部和氛围的动态。他们还将继续在马赛的实验室工作，使纺纱台模拟更复杂和更现实。

一个目标是在旋转水的顶部添加一个薄的，稳定的流体层，它可以像木星的薄外层一样，这对地球天气负责。研究人员认为这将有助于他们模拟木星着名的伟大红点等功能。

该研究由国家科学基金会地球物理计划资助，法国古代国家涌入拉赫科（AIX-Marseille University）。

出版物：Simon Cabanes等，“天然物理（2017）DOI：10.1038 / NPHYS4001的”天然气巨头深坐飞机的实验室模型“


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