深い回転対流が土星の極地六角形を生成している

Deep rotating convection generates the polar hexagon on Saturn.

• Rakesh K Yadav
• Jeremy Bloxham

抄録

土星は、その北極付近に六角形の持続的な流れのパターンを持っていることが、多くの陸地と宇宙からの観測によって確認されている。観測は豊富であるが、その形成の背後にある物理学はいまだに不明である。これまでにいくつかの現象論的モデルがこの特徴を再現してきたが、土星の高乱流大気中でこのような大規模な多角形ジェットがどのようにして形成されるのかについては、自己矛盾のないモデルが存在しない。本研究では, 巨大な極性サイクロン, 交互帯流, 高緯度の東進多角形ジェットを自発的に発生させるガス巨大惑星外層の深部熱対流の 3 次元 (3D) 完全非線形非弾性シミュレーションを行った.シミュレーションの解析から、巨大な渦の形をした自己組織化された乱流が東進ジェットを挟み込み、多角形を形成していることが示唆された。このようなメカニズムが土星の六角形の流れを刺激していると考えられる.

Numerous land- and space-based observations have established that Saturn has a persistent hexagonal flow pattern near its north pole. While observations abound, the physics behind its formation is still uncertain. Although several phenomenological models have been able to reproduce this feature, a self-consistent model for how such a large-scale polygonal jet forms in the highly turbulent atmosphere of Saturn is lacking. Here, we present a three-dimensional (3D) fully nonlinear anelastic simulation of deep thermal convection in the outer layers of gas giant planets that spontaneously generates giant polar cyclones, fierce alternating zonal flows, and a high-latitude eastward jet with a polygonal pattern. The analysis of the simulation suggests that self-organized turbulence in the form of giant vortices pinches the eastward jet, forming polygonal shapes. We argue that a similar mechanism is responsible for exciting Saturn's hexagonal flow pattern.