[论文解读] Jupiter's North Equatorial Belt and Jet, I, Cyclic expansions and planetary waves

John Rogers|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2017

Astro and Planetary Science参考文献 12被引用 6

一句话总结

本文分析了1986年至2010年木星北赤道带（NEB）的状况，提出周期性扩张（NEEs）是由行星罗斯比波驱动的。研究显示，明亮缝隙通过破坏暗色结构并触发暗物质向北喷射，从而引发扩张；波状特征（120 m/s）表明存在叠加在主急流动力学之上的高频波，与罗斯比波理论及云顶风速一致。

ABSTRACT

This article presents a synopsis of the activity in Jupiter's North Equatorial Belt (NEB) from 1986 to 2010, and of the speeds of dark formations on its south edge and bright streaks ('rifts') in its interior. In particular I discuss NEB expansion events (NEEs), which took place every 3-5 years during this time, and how the various features of the NEB are involved in them. I present evidence that the NEE affects not just the northern edge, but the whole width of the belt. It begins with an outbreak of a bright rift that is more northerly and slower-moving than usual; this is often involved with the first ejection of dark material northwards into the N. Tropical Zone, but typically the rift also expands southwards across the width of the NEB. NEBs dark formations are usually affected, as they are during individual interactions with rifts at other times; they may be disrupted, or intensified, and they usually undergo deceleration. The expansion of the dark NEB to the north occurs concurrently, and is followed by the appearance of new dark 'barges' and white ovals flanking the NEBn jet. The speed of the NEBs dark formations varies with their mean spacing, consistent with the prevailing hypothesis that they are planetary Rossby waves. In most apparitions since 2000 we have also detected smaller, faster features (120 m/s). I propose that these represent waves of the same type, but with higher frequency, and that their speed is slightly less than the true wind speed at cloud-top level under normal conditions.

研究动机与目标

• 研究1986年至2010年木星北赤道带中周期性扩张事件（NEEs）的成因。
• 确定明亮缝隙与暗色结构在触发和传播NEB扩张中的作用。
• 考察暗色特征速度与其间距之间的关系，以检验行星波假说。
• 识别并表征高速移动特征（120 m/s），并将其与高频罗斯比波模态关联。
• 评估NEB动力学对整个带宽的影响，而不仅限于北部边缘。

提出的方法

• 分析1986年至2010年期间来自地面和空间观测的视觉与成像数据。
• 追踪南缘及NEB内部的暗色结构与明亮缝隙，以测量其速度与空间模式。
• 将特征速度与平均间距进行相关性分析，以检验行星罗斯比波假说。
• 识别NEB扩张事件（NEEs）中重复出现的3–5年周期。
• 将观测到的特征速度（如120 m/s）与云顶高度处预期的急流风速进行比较。
• 利用观测数据推断整个NEB宽度上的波动力学与传播机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 是什么触发了木星北赤道带（NEEs）的周期性扩张？其发生频率如何？
• RQ2 在NEB扩张事件期间，明亮缝隙与暗色结构如何相互作用？
• RQ3 NEB扩张在多大程度上影响了整个带的宽度，而不仅限于北部边缘？
• RQ4 暗色特征的速度与其间距之间存在何种相关性？这对波动力学有何启示？
• RQ5 自2000年以来观测到的高速移动特征（120 m/s）的性质是什么？它们与行星罗斯比波有何关系？

主要发现

• 1986年至2010年间，NEB扩张事件（NEEs）每3–5年发生一次，由比平常更偏北且移动更慢的明亮缝隙触发。
• 扩张过程包括暗物质向北喷射进入北热带带，以及向南跨越整个NEB宽度的扩展。
• NEB中的暗色结构在与缝隙相互作用时通常被破坏或增强，并伴随减速。
• 暗色结构的速度与其平均间距系统性相关，支持其为行星罗斯比波的假说。
• 自2000年以来，持续观测到以约120 m/s速度移动的高速特征，表明存在高频波模态。
• 这些高速特征被推断为罗斯比波，其速度在正常条件下略低于真实的云顶风速。