新研究表明卡西尼号报告的木星大红斑并非永久斑点

木星的大红斑可能是最著名的大气特征，也是太阳系天体中最受欢迎的标志。它巨大的椭圆形、对比鲜明的红色和持久性使其成为小型望远镜容易看到的目标。根据对大小和运动的历史测量，巴斯克大学科学家领导的新研究表明，当前的大红斑很可能是在 1831 年首​​次报告的，而不是乔瓦尼·多梅尼科·卡西尼等人在 1665 年至 1713 年间观察到的永久斑点。

木星的大红斑是已知太阳系行星中最大、寿命最长的涡旋。

造成这一特征的形成机制尚不清楚，并且其持久性也存在争议。

还不清楚大红斑是否就是天文学家乔凡尼·多梅尼科·卡西尼等人在 1665 年至 1713 年间报告的暗椭圆形，绰号“永久斑”。

巴斯克大学的阿古斯丁·桑切斯-拉维加教授说：“关于大红斑起源的猜测可以追溯到乔凡尼·多梅尼科·卡西尼首次通过望远镜观测时。1​​665年，卡西尼在与大红斑相同的纬度上发现了一个黑暗的椭圆形，并将其命名为永久斑，因为他和其他天文学家一直观察到这个椭圆形，直到1713年。”

“此后118年内都没有发现它的踪迹，直到1831年以后，S. Schwabe才再次观察到一个清晰的结构，形状大致为椭圆形，与大红斑位于同一纬度;这可以视为对当前大红斑的首次观测，或许是对新生大红斑的首次观测。”

“从那时起，大红斑就一直被望远镜和访问过该行星的各种太空任务定期观测到，直到今天。”

在这项研究中，作者分析了大红斑的大小随时间的演变、它的结构以及两个气象形成物(前永久斑和大红斑)的运动。

为此，他们利用了可追溯到 17 世纪中叶(即望远镜发明后不久)的历史资料。

桑切斯-拉维加教授表示：“通过测量其大小和运动情况，我们推断，当前的大红斑极不可能是卡西尼号观测到的永久斑点。”

“永久斑点可能在 18 世纪中叶至 19 世纪之间的某个时候消失，在这种情况下，我们可以说大红斑的寿命现在至少超过 190 年。”

“1879 年，红斑最长轴的长度为 39,000 公里，现在已缩小至 14,000 公里左右，同时变得更加圆润。”

“此外，自 20 世纪 70 年代以来，已有多项太空任务对这一气象现象进行了密切研究。”

“最近，绕木星运行的朱诺号探测器上的各种仪器显示，大红斑相对于其水平尺寸来说又浅又薄，垂直长度约为 500 公里。”

为了弄清这个巨大的涡旋是如何形成的，天文学家使用两种互补模型对木星大气中薄涡旋的行为进行了数值模拟。

这颗巨行星上主要的风向是沿着平行线流动的强烈气流，其方向与纬度交替。

在大红斑以北，风向为西风，速度为每小时 180 公里，而在大红斑以南，风向则相反，为东风，速度为每小时 150 公里。

这会产生巨大的南北风速切变，这是涡旋在内部形成的基本因素。

研究中探索了一系列机制来解释大红斑的形成，包括巨大超级风暴的爆发，类似于在双行星土星上罕见的超级风暴，或由风切变产生的多个较小涡旋的合并。

结果表明，虽然两种情况下都形成了反气旋，但其形状和动态特性与当前的大红斑不同。

桑切斯-拉维加教授说：“我们还认为，如果发生了其中一种不寻常的现象，它或它在大气中产生的影响一定被当时的天文学家观察到并报告。”

在第三组数值实验中，研究人员探索了大红斑是如何由已知的风不稳定性产生的，这种不稳定性被认为能够产生一个细长的细胞来包裹和捕获它们。

这样的细胞可能就是原大红斑，即新生的红斑，其随后的收缩形成了19世纪末观测到的紧凑且快速旋转的大红斑。

在木星上其他主要涡旋的形成过程中，已经观察到大型细长细胞的形成。

加泰罗尼亚理工大学天文学家恩里克·加西亚-梅伦多博士说：“在我们的模拟中，超级计算机使我们能够发现，当这些细长的细胞以木星风的速度绕大红斑边缘旋转时，它们是稳定的，正如预期的那样，它们是由于这种不稳定性而形成的。”

科学家利用两种不同类型的数值模型得出结论：如果原大红斑的旋转速度低于周围风的旋转速度，原大红斑就会分裂，从而无需形成稳定的涡旋。

而且，如果它非常高，那么原始大红斑的属性与当前大红斑的属性就不同。

作者表示：“未来的研究将致力于尝试重现大红斑随时间的缩小，以便更详细地找出其随时间可持续性背后的物理机制。”

“同时，它将试图预测大红斑在达到一定尺寸后是否会解体消失，就像卡西尼号的永久斑那样，或者它是否会稳定在一个尺寸极限并可能持续很多年。”

研究结果发表在《地球物理研究快报》上。