金星云层中发现的巨型图案

根据晓号宇宙飞船的观测，一个研究小组在覆盖金星的云层中发现了一个巨大的条纹结构。该团队还利用大规模气候模拟揭示了这种结构的起源。该小组由该项目的助理教授(神户大学科学研究生院)Hiroki Kashimura领导，研究成果于1月9日发表在《自然通讯》上。

金星经常被称为地球的双胞胎，因为它们的大小和重力相似，但金星的气候却大不相同。金星以与地球相反的方向旋转，速度要慢得多(一次大约243个地球日)。与此同时，在金星表面上方约60公里处，一股快速的东风在大约四个地球日(360公里/小时)内环绕地球，这被称为大气替代。

金星的天空完全被厚厚的硫酸云覆盖，硫酸云位于45-70公里的高度，因此很难通过地球望远镜和金星周围的轨道运动来观察行星表面。表面温度达到灼热的460摄氏度，对于任何进入探测器的观察来说，这都是一个严酷的环境。由于这些条件，关于金星的大气现象仍有许多未知。

为了解决金星大气层问题，宇宙飞船晓号于2015年12月启动了金星轨道。晓的观测仪器之一是红外照相机“IR2”，它能测量2？米(0.002毫米)的波长。该相机可以捕捉到距离地面约50公里的低层云的详细云图。上层云层阻挡了光学和紫外线，但由于红外技术，下层云层的动态结构逐渐显露出来。

在晓任务开始之前，研究小组开发了一个名为“AFES-金星”的程序来计算金星大气的模拟。在地球上，数值模拟被用来研究和预测各种规模的大气现象，从日常天气预报和台风报告到全球变暖导致的预期气候变化。对于金星来说，观测的难度使得数值模拟更加重要，但同样的问题也使得模拟的精度难以确定。

AFES-金星成功再现了金星大气的超级气旋和极地温度结构。该研究团队利用JAMSTEC提供的超级计算机系统“地球建模器”，创建了具有高空间分辨率的数值模拟。然而，由于晓之前的观测数据质量较低，很难证明这些模拟是否是准确的重建。

本研究将晓IR2相机拍摄的低云级详细观测数据与AFES-金星项目的高分辨率模拟进行了比较。上图左半部分为IR2相机拍摄的下方金星云。注意南北半球近乎对称的巨大条纹。每个条纹宽数百公里，对角延伸约1万公里。IR2相机首次揭示了这种模式，团队将其命名为星条纹结构。这种条纹结构的尺度在地球上从未观测到，可能是金星特有的现象。利用AFES-金星高分辨率模拟，团队重建了模型(上图右侧)。

接下来，通过对AFES-金星模拟结果的详细分析，研究小组揭示了这种巨大条纹结构的起源。这种结构的关键是一种与地球日常天气密切相关的现象：极地急流。在地球的中高纬度地区，强风的动力(斜压不稳定)形成温带气旋、迁移的高压系统和极地急流。模拟结果表明，在金星云层中工作的机理是相同的，这表明喷流可能在高纬度地区形成。在低纬度地区，大尺度气流分布产生的大气波和行星旋转效应(罗斯比波)在赤道上产生大涡，在两个方向上产生60度纬度。当急流加入这种现象时，涡旋倾斜和伸展，南北风的辐合区形成条纹。辐合区推出的南北风变成强烈的向下气流，形成行星尺度的条带结构。罗斯比波还与赤道上的大气压力波动(赤道开尔文波)结合在一起，保持了半球之间的对称性。

本研究揭示了金星低层云层中行星尺度上的巨大条纹结构，并通过模拟复制了这种结构，表明这种条纹结构是由斜压不稳定和急流两种大气波动(波)形成的。对几种大气现象形成的行星尺度条纹结构的成功模拟，证明了在此过程中计算的个别现象模拟的准确性。

到目前为止，对金星气候的研究主要集中在东西方平均计算上。这一发现将金星气候的研究提高到了一个新的水平，在这个水平上可以讨论金星的详细三维结构。下一步，通过与晓和AFES-金星的合作，解决了隐藏在厚厚的硫酸云中的地球双金星的气候问题。

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