土星发电机、纬向急流与涡旋的全球模拟

土星内部的流体动力学产生了交替的东西向急流、大型气旋和反气旋涡旋，以及高度关于行星自转轴对称的偶极主导磁场。以自洽的方式对这些特征进行建模，对于理解土星内部和大气动力学至关重要。在此，我们报告了一项在球壳内进行的湍流高分辨率发电机模拟，该模拟首次同时产生了这些特征。一个关键的模型要素是长期假设的稳定分层层 (SSL)，它夹在深层金属氢层和外部低电导率分子层之间，源于特定深度下金属氢内氦的有限溶解度。该模型在分子层中自发产生了极地气旋以及显著的低纬度和中纬度急流活动。赤道外低纬度急流部分穿透 SSL 并与磁场相互作用。这有助于使磁场关于自转轴对称化，并将部分极向磁场转换为环向磁场，表现为环绕更深部发电机区域的两个全球磁能环。该模拟还重现了卡西尼号大结局测量推断出土星磁能谱中第五球谐函数的显著下降。我们的模型突出了 SSL 在塑造巨行星流体动力学和磁场特征中的作用，正如在土星上所例证的那样。