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標 題[摘錄]土星的風速變慢
發信站銘傳築夢別境 (Tue Jun 17 23:35:28 2003)
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當美國太空總署(NASA)之『卡西尼號』(Cassini)太空船接近土星時,由西班牙與美國
的天文學家們組成的聯合研究小組(西班牙Universidad Pais Vasco的A. Sanchez-Lavega
、S. Perez-Hoyos、 J. F. Rojas與R. Hueso,及美國麻省Wellesley學院Richard French
)表示,土星的風速正在戲劇性地變慢下來。其他研究巨行星的研究人員表示,此項發現是
令人驚訝的,因為鄰近的行星(例如木星),並沒有偵測到其風速的改變。根據 1980~
1981年代早期『航海家號』(Voyager)太空船拍得的相片,與哈伯太空望遠鏡於1996~
2002 年間拍得的相片中雲團的運動變化等資料比較之後,發現目前在土星赤道的風速 (每
小時990公里) 比以前之風速(每小時1700公里),慢了大約40%。到底是甚麼原因使得土
星風速變慢?是土星環中的冰粒子嗎?『卡西尼號』太空船明年將抵達土星,並在其軌道
上運行。來自於加州理工學院的天文學家Andy Ingersoll 表示,『卡西尼號』抵達土星
土星後,將可作更多直接的測量,它應該可以幫助我們解開土星風速變慢之謎。本項研究
發表在6月5日出刊的自然(Nature)雜誌中 (5 June 2003, Vol. 423, pp. 623-625)。
對行星科學家而言,像木星與土星這類主要由氣體組成的巨行星,一直有個大謎題困擾著
這些科學家,那就是:為什麼它們表面的風向會隨著緯度而改變東西方向。地球上的風主
要是因陽光照射致使熱度與密度不均而引起,但是巨行星們表面的風除了陽光加熱的因素
外,還有行星內部釋放的額外熱源。然而,這個巨行星內部的額外熱源與地球表面所受到ꘊ的陽光加熱相較之下非常小,因此為何巨行星表面的風速會比地球表面風速快上十數倍,
這些科學家們也說不出個所以然來。可以確定的是,巨行星的內部熱源對強烈風速的形成
佔有很重要的地位,如能瞭解,則對其他行星及恆星的大氣運動理論必然又能增色幾分。
目前對巨行星表面強烈噴射氣流兩種截然不同的解釋。第一種理論:一直到行星內部極深
的地方都有風的存在,藉此將行星內部的熱源帶出而加強風速。第二種理論:巨行星上的
大氣環流與地球類似,是因太陽能累積在大氣表面淺層而形成。兩種理論各有優缺點,因
為都無法解釋巨行星強烈的赤道風。解決之道,就是必須長期監測因季節變化使陽光輻射
量改變而引起的微小風速變化。之前的研究顯示木星表面的風速相當穩定,與季節變化幾
乎無關;但對土星就不甚清楚,因為土星表面的雲團特徵比較模糊,很難測量。不過,藉
由哈伯太空望遠鏡上高解析度的行星廣角相機之助,這些天文學家終於得以精密測量土星
不同緯度的風速。但1996年到2001年的觀測資料中測出的赤道風速只有1980~1981年的一
半;相較之下,高緯地區的噴射氣流風速則相當穩定,且南北半球的狀況相當對稱,不像
木星的南北半球風速與風向都不對稱的情形。
這些天文學家認為:或許是因為土星公轉週期比要長(土星的一年相當地球的30年),四
季變換非常緩慢,土星環長期落在土星赤道表面的陰影或許是使風速減緩的主因。土星的
赤道風或許只在大氣表層,並未深入內部,因此受到季節影響比較嚴重。此外,土星赤道
是風暴的好發區,1990年級1994年都曾在赤道區觀測到巨大風暴產生與消失,他們猜測也
許風暴的誕生引起強烈的動力改變,造成赤道風速減緩。另一個可能是因為他們是從比較
遠的地方取得資料,觀測上可能會有誤差。而赤道以外的地區風速與型態都幾乎維持不變
,顯示風的產生區可能蠻深入土星內部的。
參考資料來源:
http://www.wellesley.edu/PublicAffairs/Releases/2003/060403.html
http://www.newsday.com/news/science/wire/sns-ap-exp-saturn-winds,0,1092719.story?coll=sns-ap-science-headlines
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