土星の北極の六角形の雲パターンの動的な性質は、最初の観測から約 35 年間、惑星科学によって説明されませんでした。六角形のようなものは、他の惑星では見られませんでした。南極に同様のパターンがないことも未解決の問題です.
1980 年から 1981 年にかけて行われたボイジャー 1 号と 2 号による土星のフライバイの初期の可視観測では、北緯 77 度付近にある土星の北極の六角形の雲のパターンが明らかになりました。このパターンは、ハッブル宇宙望遠鏡によって 1990 年代に再び観測され、その後 2000 年代にカッシーニ オービターによって観測されました。アリソンらによる長寿命の六角形パターンの初期の解釈。 (1990) 極ジェットの六角形の主な原因として、六角形の近くで当時見えていた高気圧性北極スポット (NPS) 渦を示しました。 1995 年から 2004 年にかけて NPS が消滅したことで、このシナリオは無効になりました。
いくつかの室内実験と数値モデルは、六角形の性質と特定の特性の問題に対処できますが (Vatistas et al., 1994; Marcus and Lee, 1998; Jansson et al., 2006; Bergmann et al., 2011)、前述のエッセイのすべてで、六角形の形状はジェットの順圧不安定性の発達によって形成された渦列に起因し、それぞれジェットの極側と赤道側にサイクロンと高気圧の渦があります。通りを形成する渦は、観測に関しては大きすぎ、強すぎました。ジェットのアドホック垂直せん断を提案することにより、Morales-Juberias et al。 (2015) 観測に似た鋭い潜在的な渦度 (PV) を持つ六角形のパターンをシミュレートしました。ただし、極ジェットの垂直せん断に伴う垂直せん断と推定される子午面温度勾配の両方は、まだ確認されていません。
ロスタミ等。 (2018) 順圧回転浅水 (RSW) モデルの枠組みで、極接平面近似で問題への代替アプローチを提案し、観測に似た六角形パターンを再現できます。この研究により、六角形のダイナミクスと、土星の北極渦 (NPV) との強い関係が解明されました。この研究で適用される RSW モデルは、シンプルさと動的な一貫性を兼ね備えており、与えられた土星の天文学的パラメーターとともに、有効なロスビー変形半径という 1 つの調整可能なパラメーターを含んでいます。六角形は、観測された帯状ジェットと極渦のパターンの順圧不安定性から主に生じることが実証されています。
この研究では、土星の北極と南極の両方の近くで観測された帯状ジェットの詳細な線形安定性解析を、標準的な回転浅水 (RSW) 方程式の枠組みで利用しています。波数 6 の方位角パターン (六角形) は、妥当な範囲のパラメーターで北半球では優勢なモードですが、南半球ではそうではないことが示されました。新しい結果は、不安定性の完全に非線形の散逸のない進化中に、強力な「渦の通り」を作成することなく、六角形のパターンを安定させる NPV の決定的な動的役割です。同時に、円極ジェットだけの進化は、六角形の両側で渦の通りを成長させることになります.
これらの調査結果は、最近 Icarus 誌に掲載された「土星の北極六角形の動的性質について」というタイトルの記事で説明されています。 この作業は、ピエール エ マリー キュリー大学 (UPMC) の Masoud Rostami、 Vladimir Zeitlin、および Aymeric Spiga によって実施されました。
参考文献:
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