日前，中國科學院上海天文臺研究團隊在氣態(tài)巨行星大氣動力學研究中取得突破，首次提出驅動順行赤道急流（風向與行星自轉方向一致）的新機制，揭示了行星深內部磁流體波對大氣環(huán)流的直接調控作用。該成果為理解巨行星大氣動力學提供了新視角，為未來木星、土星等巨行星探測任務的數(shù)據(jù)解釋提供了重要理論支撐。

　　木星、土星等氣態(tài)巨行星（“類木”行星）大氣中長期維持順行方向的赤道急流，其形成機制一直是行星科學領域的未解難題。長期以來，科學家對這一現(xiàn)象的起源缺乏統(tǒng)一、明確的理論解釋。研究團隊將此前報道的赤道磁—阿基米德—科里奧利波（eMAC波）分析模型應用于氣態(tài)巨行星內部動力學研究，得到了與實際觀測高度吻合的理論結果。該結果表明，木星和土星的“低緯風場和噴流”現(xiàn)象很可能反映了木星內部穩(wěn)定分層產生的磁流體波信號。該波動具有較低的相速度，被限制于赤道區(qū)域，其擾動可向上傳播至天氣層，形成特定的熱結構，進而有效向赤道輸送動量。

　　這一機制與氣態(tài)巨行星的演化過程密切相關。隨著行星內部逐漸冷卻，氫與氦在一定壓強范圍內發(fā)生分離，形成“氦雨”，這一過程構建出由成分梯度維持的穩(wěn)定分層區(qū)域，夾在上下兩個對流層之間。研究團隊首次確認，該穩(wěn)定層正是赤道eMAC波生成的關鍵場所。為驗證這一機制，研究團隊利用國際通用的MITgcm大氣模式，對赤道波系擾動開展高精度大氣動力學模擬。結果顯示，赤道波系擾動帶來的赤道區(qū)域方位角方向不均勻性，可激發(fā)大氣中的Matsuno-Gill模態(tài)，該模態(tài)能夠將赤道外區(qū)域的角動量有效輸送至赤道，最終形成穩(wěn)定的赤道順行急流。

　　該研究為氣態(tài)巨行星赤道急流的成因提供了新的理論解釋，也為揭示氣態(tài)巨行星與冰巨星在環(huán)流特征上的顯著差異提供了關鍵線索。同時，該研究揭示了一類普適的物理機制，即分層天體內部磁流體波驅動低緯區(qū)域噴流的共同規(guī)律，這為學界理解氣態(tài)巨行星大氣動力學提供了新范式。

　　相關研究成果發(fā)表在《天體物理學快報》（The Astrophysical Journal Letters）上。研究工作得到國家自然科學基金青年基金委員會、科學技術部等的支持。

赤道磁流體波分析解模型解釋木星大氣低緯風場起源機制圖