一場持續幾十年的氣象奇觀 比地球更寬的六邊形風暴(圖)

土星的北極，存在一股長久且奇特的風暴氣象。（圖片來源：Adobe Stock）

在太陽系的寒冷邊疆，環繞著土星北極上空，一個幾乎違反直覺的巨大圖案已存在數十年，甚至可能更久。那不是人造結構，也不是光影錯覺，而是一股呈現近乎完美六邊形風暴。

這個六邊形位於北緯約78度，邊長約14500公里，整體寬度超過29000公里，比地球直徑還大將近2000公里，其垂直高度可達約300公里，由時速約320公里的高速大氣噴流構成。更驚人的是，它的自轉週期為10小時39分24秒，與土星內部電波輻射週期一致，彷彿與行星深層運動同步共鳴。

不同於地球上不規則蜿蜒的噴射氣流，這個六邊形長期固定在同一經度位置，並沒有隨著大氣雲層漂移，它是一個穩定的氣象結構，而非短暫的風暴殘影。

從邊緣的觀測到極地全景

1980與1981年，旅行者號兩艘探測器飛掠土星時，首次觀測到這股六邊形噴流的邊緣輪廓，但受限於飛行軌跡，它們無法從上方完整拍攝全貌。1987年，科學家戴維·戈弗雷透過拼接旅行者號影像，正式確認這一股極地的幾何結構。

二十多年後，卡西尼-惠更斯號於2004年抵達土星，當時北半球正值漫長冬季，極地籠罩在黑暗中。2006年，卡西尼團隊利用可見光與紅外線測繪光譜儀在紅外波段下觀測六邊形，因為紅外線可偵測來自行星內部的熱輻射。

到了2009年8月，土星接近春分，北極終於迎來陽光。卡西尼號的成像科學子系統拍攝到前所未有的高解析影像，看清楚這股寬度將近30000公里、風速約每小時500公里的對稱噴射氣流。六邊形中心是一個巨大極地渦旋，它的風眼直徑約為地球典型颶風的50倍，最大風速約為地球最強氣旋的兩倍。

哈伯太空望遠鏡的觀測則證實，土星南極並不存在六邊形結構，但同樣存在一個極地渦旋。

顏色的季節轉變

2012年至2016年之間，六邊形區域的顏色由藍色轉為金黃色。這一變化與土星漫長的季節有關，土星繞太陽公轉一周約需29個地球年，每個季節超過7年。

隨著北極進入春夏，陽光增強，甲烷分子在紫外線作用下分解並重新組合為碳氫化合物微粒，形成黃色薄霧。較小顆粒集中於六邊形內部，較大顆粒分佈於外部，噴射氣流清晰勾勒出邊界輪廓。

為何是六邊形？

科學界提出多種解釋，早期假說認為與羅斯貝波有關。牛津大學研究指出，若大氣中存在陡峭的緯度風速梯度，兩股不同轉速的流體交界處可形成穩定多邊形。實驗室中，旋轉水槽確實可產生六邊形，甚至三至八邊形的結構。後續數值模擬顯示，與雲層方向一致的淺層噴流，可重現類似穩定邊界。另有研究指出，北極渦旋與環極噴流的正壓不穩定性互動，能產生長壽命六邊形結構，而僅有噴流本身則無法維持。

2020年，加州理工學院數學研究指出，若風暴被反向旋轉的「反氣旋屏蔽」包圍，可形成穩定多邊形排列。然而土星北極氣旋規模較大、風速較慢，沒有形成如同木星的環極多邊形系統，因此側向渦旋與深層正壓或斜壓不穩定性，仍被視為較合理解釋。

卡西尼號最後階段的重力測量顯示，雲頂強風高達每小時1440公里，向下延伸約8000公里。2020年哈佛大學研究提出，深層超音速噴流可能被周圍較小旋風擠壓上推，形成穩定六邊形。

持續數十年的氣象奇蹟

地球上的颶風通常維持一個星期左右，而這個六邊形至少已存在數十年。它不是固體邊界，而是一股氣流，卻在沒有固體地表、沒有山脈阻擋的氣態行星上，維持幾何對稱。

2017年9月15日，卡西尼號在完成294圈環繞後，為避免污染可能具生命潛力的衛星，選擇墜入土星大氣層燃燒殆盡。它留下的大量數據，至今仍在分析之中。

這個北緯78度的巨大六邊形，既是流體力學的自然實驗場，也是行星氣象學最引人入勝的謎團之一。它提醒人類，在看似冰冷遙遠的宇宙中，自然法則同樣能創造出令人屏息的氣象奇觀。

本文整理自NASA、WIKI及相關報導資料。