美国麻省理工学院科研人员在一项新研究中证实，木星和土星的极地气候特征为揭示这两颗行星的内部细节提供了关键线索。相关研究成果已发表在美国《国家科学院学报》周刊上。

多年来，空间探测器在木星和土星两极观测到了令人费解的气候模式。这两颗气态巨行星的极地均存在巨型大气旋涡，但形态迥异：土星北极仅有一个巨型极地旋涡，且呈现出独特的六边形结构；木星的中央极地旋涡则被八个较小的旋涡环绕，形似一盘螺旋状的肉桂卷。

尽管木星和土星在诸多方面高度相似，但其极地气候模式的显著差异，长期以来一直是天文学界的未解之谜。如今，麻省理工学院的研究人员为这两个极地旋涡系统的演化差异找到了一种可能的解释。该研究成果不仅有助于科学家理解两颗行星的表层气候模式，还能为探索其云层之下的内部深层结构提供参考。

这项新研究中，研究团队通过模拟实验，探究了气态巨行星中随机扰动如何形成结构规整的极地旋涡。气态巨行星指主要由气态元素构成的大型行星，木星和土星均属此类。

在对多种行星环境配置的模拟中，研究团队发现，部分模拟场景下，气流会融合形成单一的巨型旋涡，与土星的极地特征相符；而另一些模拟场景则形成多个大型环流，与木星的极地旋涡形态相近。

通过对比各项模拟结果，研究团队发现，行星极地旋涡的形态模式，以及最终形成单极或多极旋涡的演化过程，均取决于一个核心属性，即旋涡底部的“柔度”，这一属性与行星的内部物质构成密切相关。科研人员将单个极地旋涡比作一个旋转的圆柱，该圆柱在行星的多层大气层中持续转动。

当这一旋转圆柱的底部由质地更柔软、密度更低的物质构成时，任何形成的旋涡发展都会受到一定限制，最终的气候模式便会促成多个较小旋涡的形成，与木星的极地特征一致。反之，若旋涡底部由质地更坚硬、密度更高的物质构成，旋涡的发展规模会大幅扩大，并最终吞噬其他小型旋涡，形成单一的巨型旋涡，与土星那个巨大的极地气旋特征相符。

该研究作者，麻省理工学院地球、大气与行星科学系助理教授康婉莹(音)表示：“我们的研究表明，行星的内部属性以及旋涡底部的柔度，会影响其表层观测到的流体运动模式。此前尚无研究建立起行星表层流体模式与内部属性的关联。一个可能的情况是，土星的内部基底比木星更坚硬。”