密度分层湍流对流维持的巨行星较差自转

巨行星表面的纬向风随纬度变化。例如，木星和土星拥有数个交替的东向（顺行）和西向（逆行）喷流带，这是相对于其全球磁场的角速度而言的。这些表面风廓线可能是这些行星液态内部深处角速度在深度和纬度上变化的表现。二十年前有人提出，这种较差自转可由跨越行星内部从北半球表面延伸至南半球表面的对流流体柱的涡旋拉伸来维持。这一经典机制解释了在实验室实验和计算机模拟中观察到的较差自转，但这些实验和模拟最多仅涉及旋转恒密度流体球中的弱湍流对流。然而，这些实验和模拟是对巨行星密度分层且强湍流内部的糟糕近似。经典地转理论预测的这些行星的细长全球对流柱可能无法形成。在此，我们提出了一种基于上升羽流膨胀和下沉羽流收缩时局部产生涡度的、更为稳健的机制，以维持基于半径的较差自转。我们的高分辨率二维计算机模拟展示了该机制如何根据密度标高随深度的变化方式，在巨行星赤道区域维持顺行或逆行的表面风。