为什么土星拥有美丽的斑纹？

沉落湖心

太阳系巨型行星表面的巨大斑纹的成因一直困惑着天文学家，最近一组美国与以色列的科学家计算旋转球体上的紊流现象，或许可以给我们一个理论上的解答。

　　太阳系几个遥远的巨型行星（如木星土星以及海王星等）拥有绚丽的斑纹，这些斑纹是大气层中的巨型稳定结构，像是大气喷流或是带状云层等等。地球大气中也有一些类似的结构。这是因为气流与地表的摩擦耗散了日照带来能量，进而形成一些像是环流之类的结构。但是其它巨型行星因为大气层很薄且距离太阳甚远，日照应不足以提供维持这些大型结构所需的能量。

　　过去天文学家一直认为行星的旋转和大尺度紊流之间的交互作用是造成这些斑纹的原因，最近一篇论发表在《物理评论》（Physics Review Letters，89,124501，16September2002） 的论文则提供了定量的理论解释。美国 South Florida Univ.与以色列 Ben-Gurion University of the Negev 的研究人员将 Kolmogorov-Batchelor-Kraichnan 理论推广到旋转球面上的二维紊流。他们的计算显示能量分布会发展出强烈的各向异性（anisotropy），因而可以导致稳定的环流结构。这个现象在快速旋转的球体以及低摩擦力的环境下尤其显著，这正是太阳系巨型行星的情况。

　　这个结果尤其能解释为什么像是海王星离太阳这么远的行星，在微弱的日照供应下居然发展出巨型行星中最强烈的大气环流。