巨行星的引力与纬向流：从欧拉方程到热成风方程

行星和恒星内部任何非球对称的密度分布都会产生非球对称的外部引力和形状变化。如果木星和土星云层顶部观测到的纬向流部分或全部代表深部内部动力学，那么与深部纬向流相关的密度扰动可能产生可由朱诺号任务和卡西尼号大结局探测到的引力信号。在此我们批判性考察热成风方程在计算风致引力矩方面的适用性。我们的分析表明，由热成风方程计算的风致引力矩与欧拉方程的完整解总体一致。然而，由热成风方程计算的单个高阶矩的精度关键取决于保留背景密度和引力的非球对称性。只有当考虑行星的背景非球对称性时，热成风方程才能对与深部纬向流相关的单个高阶引力矩做出足够准确的预测（误差为几十个百分点）。由于热成风方程源自欧拉方程的旋度且是一个局域关系，它必然无法描述任何对欧拉方程贡献无旋项且具有非局域起源的密度扰动。然而，这些密度贡献对低阶谐波引力矩的预测修正无法从内部模型的微小变化中辨别出来，而高阶谐波的修正非常小，仅为百分之几或更小。