跳到主要内容

感谢您访问nature.com。您使用的是对CSS支持有限的浏览器版本。为了获得最好的体验,我们建议您使用最新的浏览器(或关闭Internet Explorer的兼容性模式)。同时,为了确保持续的支持,我们将在没有样式和JavaScript的情况下显示站点。

木星内部深处对差动旋转的抑制

摘要

木星的大气以不同的速度旋转,区域和带以每秒100米的速度旋转。这颗气体巨星的内部是否也是如此,目前尚不清楚12这限制了我们探测行星结构和组成的能力3.4.朱诺号探测器发现木星的重力场是南北不对称的5以及它的非零奇重力谐波的确定J3.J5J7而且J9证明观测到的纬向云流必须持续到距云顶约3000公里的深度6.在这里,我们报告了对木星引力谐波的分析J4J6J8而且J10这是朱诺号观测到的5并与室内模型的预测进行了比较。我们发现,这颗行星的内部深处几乎像一个刚体一样旋转,与大气相比,其差动旋转至少减少了一个数量级。此外,我们发现大气纬向流延伸到超过2000公里和小于3500公里,使其完全符合独立于奇重力谐波得到的约束条件。这个深度对应于电导率变大的点,磁阻力应该抑制差动旋转7.考虑到电导率取决于行星质量,我们预计土星的外层,差速旋转区域至少要深三倍,而在巨大的行星和褐矮星中要浅一些。

这是订阅内容的预览,通过你所在的机构访问

相关的文章

引用本文的开放获取文章。

访问选项

买条

在ReadCube上获得时间限制或全文访问。

32.00美元

所有价格均为净价格。

图1:木星的引力谐波J2J10
图2:深度约束H从内部模型和朱诺号的均匀引力谐波中得到的木星纬向流。
图3:木星内部模型的集合,拟合均匀引力谐波J2J10

参考文献

  1. 木星大气中对流的一个简单模型。伊卡洛斯29, 255-260 (1976)

    文章广告谷歌学者

  2. 瓦萨瓦达,A. R. & Showman, A. P.木星大气动力学:伽利略和卡西尼号之后的更新。众议员掠夺。理论物理。68, 1935-1996 (2005)

    文章广告MathSciNet谷歌学者

  3. 差动旋转对木星和土星引力图的影响。伊卡洛斯52, 509-515 (1982)

    文章广告谷歌学者

  4. 吉洛,T.,戈蒂埃,D. &哈伯德,W. B.从伽利略测量和内部模型对木星组成的新约束。伊卡洛斯130, 534-539 (1997)

    文章中科院广告谷歌学者

  5. Iess, L.等。测量木星的不对称重力场。自然555https://doi.org/10.1038/nature25776(2018)

  6. 卡斯皮,Y.等人。木星的大气喷射流延伸到数千公里深处。自然555https://doi.org/10.1038/nature25793(2018)

  7. 曹海华,李志强,李志强。巨行星半导体区磁流相互作用研究。伊卡洛斯296, 59-72 (2017)

    文章广告谷歌学者

  8. 巨大行星的内部:模型和悬而未决的问题。为基础。地球行星。科学。33, 493-530 (2005)

    文章中科院广告谷歌学者

  9. 木星深层纬向流的引力特征。伊卡洛斯137, 357-359 (1999)

    文章广告谷歌学者

  10. 卡斯皮,Y.等人。差动旋转对木星低度均匀重力矩的影响。地球物理学。卷。44, 5960-5968 (2017)

    文章广告谷歌学者

  11. 米格尔,Y.,吉洛,T. &法永,L.木星内部结构:不同状态方程的影响。阿斯特朗。12,54。596, a114 (2016)

    文章广告谷歌学者

  12. 沃尔,s.m.等人。将木星内部结构模型与朱诺号重力测量结果进行比较,并将其扩大核心的作用进行比较。地球物理学。卷。44, 4649-4659 (2017)

    文章广告谷歌学者

  13. 米利泽,B. &哈伯德,W. B.氢氦混合物的从头算状态方程与巨行星质量半径关系的重新校准。12,54。J。774, 148 (2013)

    文章广告谷歌学者

  14. 贝克尔等人。氢(H-REOS.3)和氦(He-REOS.3)的从头算状态方程及其对褐矮星内部的意义。12,54。j .增刊。爵士。215, 21 (2014)

    文章广告谷歌学者

  15. 旋转液体行星的同心麦克劳林椭球模型。12,54。J。768, 43 (2013)

    文章广告谷歌学者

  16. 智慧,J. &哈伯德,W. B.木星的微分旋转:方法的比较。伊卡洛斯267, 315-322 (2016)

    文章广告谷歌学者

  17. 扎尔科夫,V. N. & Trubitsyn, V. P.。行星内部物理学(天文学和天体物理系列,Pachart, 1978)

  18. 严格旋转木星的低阶和高阶引力谐波。阿斯特朗。12,54。606, a139 (2017)

    文章广告谷歌学者

  19. Kaspi, Y., Showman, a.p., Hubbard, W. B., Aharonson, O. & Helled, R.天王星和海王星上急流的大气限制。自然497, 344-347 (2013)

    文章中科院广告谷歌学者

  20. 英格索尔,美国作家。等在木星。《行星、卫星和磁层》(巴格纳尔,F .,道林,T. E .)。麦金农(W. B.)剑桥行星科学第1卷,105-128(剑桥大学出版社,2004)

  21. French, M.等人。沿木星绝热层材料性质的从头算模拟。12,54。j .增刊。爵士。202, 5 (2012)

    文章广告谷歌学者

  22. Salyk, C., Ingersoll, A. P., Lorre, J., Vasavada, A. & Del Genio, A.。伊卡洛斯185, 430-442 (2006)

    文章广告谷歌学者

  23. 施奈德,刘,刘。木星喷流的形成和赤道超旋转。j .大气压。科学。66, 579-601 (2009)

    文章广告谷歌学者

  24. 刘杰,高德里奇,P. M. &史蒂文森,D. J.木星和土星内部深层纬向风的约束。伊卡洛斯196, 653-664 (2008)

    文章广告谷歌学者

  25. 康纳尼,j.e.p.行星和卫星(舒伯特,G. &斯波恩,T.)地球物理学专著Vol. 10.06, 195-237 (Elsevier, 2015)

  26. Showman, a.p.和Guillot, T.“51个飞马座b-类”行星的大气环流和潮汐。阿斯特朗。12,54。385, 166-180 (2002)

    文章广告谷歌学者

  27. 吉洛,T. &莫雷尔,P. CEPAM:一种巨型行星内部建模的代码。阿斯特朗。12,54。109, 109-123 (1995)

    广告谷歌学者

  28. Vazan, A., Helled, R., Podolak, M. & Kovetz, A.木星和土星组成梯度的演化和内部结构。12,54。J。829, 118 (2016)

    文章广告谷歌学者

  29. 莫拉莱斯,M. A., Hamel, S., Caspersen, K. & Schwegler, E.从第一原理氢氦分解:从钻石砧细胞到行星内部。理论物理。启B87, 174105 (2013)

    文章广告谷歌学者

  30. 史蒂文森,D. J. &萨尔彼得,E. E.氢-氦流体行星的动力学和氦分布。12,54。j .增刊。爵士。35, 239-261 (1977)

    文章中科院广告谷歌学者

  31. Nettelmann, N., Fortney, J. J., Moore, K. & Mankovich, C.对木星中由于氢氦相分离而导致的双扩散对流的探索。Mon。。r·阿斯特朗。Soc。447, 3422-3441 (2015)

    文章中科院广告谷歌学者

  32. Mankovich, C. Fortney, J. J. & Moore, K. L.木星氦雨和双扩散对流的贝叶斯演化模型。12,54。J。832, 113 (2016)

    文章广告谷歌学者

  33. 巨行星及其卫星的宇宙化学与结构。伊卡洛斯62, 4-15 (1985)

    文章中科院广告谷歌学者

  34. Helled, R. &史蒂文森,D.巨大行星核心的模糊。12,54。J。840, 14 (2017)

    文章广告谷歌学者

  35. Hubbard, W. B. & Militzer, B.一个初步的木星模型。12,54。J。820, 80 (2016)

    文章广告谷歌学者

  36. Saumon, D, Chabrier, G. & van Horn, h.m.低质量恒星和巨行星的状态方程。12,54。j .增刊。爵士。99, 713-741 (1995)

    文章中科院广告谷歌学者

  37. Saumon, D. & Guillot, T.氘的冲击压缩和木星和土星的内部。12,54。J。609, 1170-1180 (2004)

    文章中科院广告谷歌学者

  38. 勒孔特,J. & Chabrier, G.巨型行星内部的新视野:双扩散对流的影响。阿斯特朗。12,54。540, a20 (2012)

    文章广告谷歌学者

  39. 林达尔,G. F.海王星的大气层——旅行者2号获得的无线电掩星数据分析。阿斯特朗。J。103, 967-982 (1992)

    文章中科院广告谷歌学者

  40. 木星和土星内部的比较。星球。空间科学。47, 1183-1200 (1999)

    文章中科院广告谷歌学者

  41. Seiff, A.等人。在北赤道带一个5微米热点边缘附近的木星大气热结构。j .地球物理学。Res。103, 22857-22889 (1998)

    文章中科院广告谷歌学者

  42. 塞雷利,A. M.和巴苏,S.确定太阳初始氦丰度。12,54。J。719, 865-872 (2010)

    文章广告谷歌学者

  43. von Zahn, U., Hunten, D. M. & Lehmacher, G.木星大气中的氦:伽利略探测器氦干涉仪实验的结果。j .地球物理学。Res。103, 22815-22829 (1998)

    文章中科院广告谷歌学者

下载参考

确认

这项研究是在国家空间研究中心的赞助下,在Côte d 'Azur天文台进行的;加州理工学院喷气推进实验室,与美国宇航局签订合同;西南研究所与美国宇航局签订合同;以及与以色列航天局签订合同的魏茨曼科学研究所。计算是在“中中心SIGAMM”机器上进行的,由Côte d’azur天文台托管。

作者信息

作者及隶属关系

作者

贡献

t.g.、Y.M.和B.M.建立了木星的内部模型,并进行了分析。W.B.H.和A.B.比较了用不同方法得到的引力谐波。E.G.和Y.K.计算了差动旋转引入的偏移量。h.c.、r.h.、D.J.S.和j.i.l提供了理论支持。s.m.w提供了更多的木星内部模型。D.R.R.提供了一种高效计算高阶引力谐波的方法。wm.f., M.P.和D.D.对朱诺号重力数据进行了分析。j.e.p.c.、S.M.L.和S.J.B.监督了朱诺重力实验的计划、执行和定义。

相应的作者

对应到t .第5期

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有相互竞争的经济利益。

额外的信息

审核人信息自然感谢J. Fortney和N. Nettelmann对这项工作的同行评审所作的贡献。

出版商注:施普林格《自然》杂志对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。

扩展的数据图形和表格

扩展数据图1用CEPAM方法计算引力谐波的验证。

这四个面板提供了引力谐波的比较J2J10采用不同方法计算:241层径向层的CEPAM模型(黑点)、800层径向层的CMS模型(灰点)、1041层径向层的CEPAM模型(红十字)和1041层径向层的CEPAM模型的CMS计算(蓝圈)。

扩展数据图2木星深部差动旋转特征振幅的约束。

红色曲线表示模型的可能性(y轴),其中到受朱诺奇次谐波约束的差动旋转外区6我们增加一个更深的圆柱形振幅流vx轴)。红色虚线曲线使用1σ误差线。实心红色曲线考虑了外部流可能性的扩展集合6解为3σ.在这两种情况下,模型都有利v<6 m s−1.蓝色曲线显示了相同的模型,但没有增加外层。该模型也有利于低振幅风,但发现是4 × 104比包括差分旋转外区域的模型更不可能。

扩展数据表1内部模型计算参数
扩展数据表2模型重力谐波的比较

幻灯片

权利和权限

转载及权限

关于本文

通过CrossMark验证货币和真实性

引用本文

吉洛特,T,米格尔,Y,米格尔,B。et al。木星内部深处对差动旋转的抑制。自然555, 227-230(2018)。https://doi.org/10.1038/nature25775

下载引用

  • 收到了

  • 接受

  • 发表

  • 发行日期

  • DOIhttps://doi.org/10.1038/nature25775

这篇文章被引用

评论

通过提交评论,您同意遵守我们的条款而且社区指导原则.如果您发现一些滥用或不符合我们的条款或指导方针,请标记为不适当。

搜索

快速链接

自然简报

报名参加自然简报时事通讯-什么重要的科学,免费到您的收件箱每天。

获取当天最重要的科学故事,免费在您的收件箱。 注册《自然简报》
Baidu
map