为什么金星自转要243天，大气层却只要4天，就能绕金星转一圈？

来自金星探测器“破晓号”(Akatsuki)宇宙飞船的图像，揭示了是什么让金星的大气层比行星本身旋转得更快。由北海道大学Takeshi Horinouchi领导的一个国际研究小组透露，这种“超级自转”是由金星白天的太阳加热和夜间冷却形成的大气潮汐波维持在赤道附近。然而，在更靠近两极的地方，大气湍流和其他类型的波会产生更明显的影响，其研究成果发表在《科学》期刊上。

金星自转非常慢，绕其轴自转一周需要243个地球日。尽管自转速度非常慢，但金星大气层向西旋转的速度比金星本身自转速度快60倍。这种超级自转随着高度的增加而增加，只需要四个地球日就可以绕着整个金星向云层的顶部旋转。快速移动的大气层将热量从金星的白天（昼半球半球）输送到夜晚（夜半球），从而缩小了两个半球之间的温差。

图示：金星-以东经90度为中心的计算机模拟全球视图(NASA/JPL)。

然而，自从20世纪60年代超级自转被发现以来，其形成和维持机制一直是一个长期存在的谜。Horinouchi和来自空间与宇航科学研究所(IAS，JAXA)和其他研究所同事开发了一种新的、高精度方法，可以从“破晓号”航天器上紫外和红外摄像机提供的图像中跟踪云层并得出风速。“破晓号”航天器于2015年12月开始绕金星运行，这使得科学家们能够估计大气波和湍流对超级自转的贡献。

该研究小组首先注意到，低纬度和高纬度之间的大气温差如此之小，以至于如果没有纬度之间的环流，就无法解释这一点。由于这样的环流应该会改变风的分布并减弱超旋转峰值，这也意味着存在另一种机制来加强和维持观测到的风分布。进一步的分析表明：这种维持是由热潮支持的（一种由日侧和夜侧之间太阳加热对比激发的大气波）在低纬度提供了加速。早期的研究认为，大气湍流和热潮以外的波动可能提供了加速度。

图示：维持金星大气层超自转(黄色)的系统，赤道顶的热潮(红色)加强了向西的超旋转；大气受到双重循环系统的控制：缓慢向两极输送热量的经向(垂直)环流(白色)和快速向行星黑夜输送热量的超级自转。

然而，目前的研究表明，尽管它们在中高纬度发挥着重要作用，但在低纬地区起到了相反的作用，对超自转起到了微弱的减速作用。研究发现揭示了维持超自转的因素，同时提出了一个有效地在金星全球范围内输送热量的双重循环系统：缓慢向两极输送热量的经向环流和向行星夜侧快速输送热量的超自转。本研究可以帮助更好地理解潮汐锁定系外行星上的大气系统，这些行星的一侧总是面对中央恒星，这类似于金星有非常长的太阳日。

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博科园｜研究/来自：北海道大学

参考期刊《科学》

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