旅行者2號探測器發現，風暴中的風速以及達到了2414公里每小時，相當於670米每秒。天文學家將這個現象稱為海王星的大暗斑，但在1994年的時候，天文學家們通過哈勃太空望遠鏡來觀測海王星時，卻發現大暗斑神奇的消失了，他們是如此急切的想知道產生超強風暴的原因。

出品：太空伊卡洛斯

太陽系是個非常有趣的行星系統，聚集了至少三種不同的行星類型，分別是類地行星、氣態行星、冰巨星。本期我們來說說冰巨星，因為很多人都不太瞭解冰巨星導致是什麼，除了冰巨星處於太陽系行星系統外側軌道的因素外，我們對冰巨星的直接探測也不多。太陽系有兩顆冰巨星，分別是天王星和海王星。從物理特徵上看，冰巨星質量中有90%的氫和氦，赤道半徑在2.4至2.5萬公里，這個數值小於木星的7.1萬公里赤道半徑，但遠大於地球的6400公里赤道半徑。冰巨星有個非常神奇的地方，這就是超級風暴，我們以海王星為例，其超級風暴刷新了我們對風暴風速的認識，比音速還快。

圖注：海王星風暴

發射於1977年的旅行者2號探測器經歷過12年的太陽系探索之後抵達海王星，在這裡它發現了六個新衛星，以及拍攝了第一張海王星及其行星環的照片。同時，見證了一場超強風暴的誕生，這場風暴發生在南半球，其風向為逆時針旋轉，旅行者2號探測器發現，風暴中的風速以及達到了2414公里每小時，相當於670米每秒。天文學家將這個現象稱為海王星的大暗斑，但在1994年的時候，天文學家們通過哈勃太空望遠鏡來觀測海王星時，卻發現大暗斑神奇的消失了，他們是如此急切的想知道產生超強風暴的原因。

圖注：海王星上風暴消失的過程，從2015年持續到2017年

670米每秒風速如何形成？

風的形成是涉及到壓力差，再進一步說與行星內部熱源有關，當然還有和自轉有關。讀者們可能對670米每秒的風速不太理解，到底這個速度相當於多少？我們對比一下就知道了，地球上有個風力等級與風速的對應關係，我們知道的颱風與一級颶風是等效的，風速為120米每秒，當然也是有極大破壞力的。接下來是強颱風，對應的颶風等級是二級，風速為150米每秒。再加強一些就是超強颱風，對應的是三級颶風和四級颶風，風速為200米每秒，甚至更大。

圖注：地球上的颱風

如果風速大於每秒250米，就是五級颶風了，這是地球上最強的風暴。那麼其他行星上的風暴呢？我們以木星這顆氣態行星為例，其風速在每秒120米，天王星的風速為每秒250米，與地球上的五級颶風相當。因此，我們就有一個概念了，每秒670米風速刷新太陽系風暴上限，冰巨星原來還有狂暴的一面。

圖注：2016年觀測到的海王星風暴

為什麼天王星和海王星在一樣的旋轉速率之下卻產生了完全不同的風速呢？對於這個問題，有科學家認為這是它們內部熱源是不一樣，或者說還有一些我們暫時沒發現的機制。但這個推測有點站不住腳，因為木星也有內部熱源，但木星的風速就是不夠快。所以這不能說明內部熱源與速度之間的關係，因為天王星自身並不會產生熱量。美國宇航局的朱諾和卡西尼號航天器的調查表明，土星和木星上的發現或許能夠推測海王星風速的之快的奧秘，比如行星質量、核心的尺寸，徑向密度剖面等內部結構也會對風速產生影響。根據關於風是如何形成的，以及傳播深度的數據，NASA已經建立出這些行星的內部結構模型。冰巨星的風都是在較高的大氣中，所以有可能是因為這些冰在凝結放熱的過程所致，使得天王星和海王星的風速如此之快。

圖注：木星上的風暴

不過這些數據並不是很全面，我們只測量了高層大氣的風速，對於深層大氣存在的渦流還不是非常瞭解，現在都還沒有對其他行星的大氣層進行任何探測。天王星和海王星在相似條件下產生的不同風暴，讓我們對太陽系，以及行星的形成有一個更深層次的瞭解，冰巨星和太陽之間的距離也能夠讓我們對遠離太陽的風暴有所理解，並且能夠用到對系外行星風暴的調查上。

內部熱源的存在

海王星風暴的存在還有一個因素是來自內部熱源，美國宇航局的研究人員也對此做了很多研究，海王星散發的熱量是它本身吸收熱量的兩倍。在行星中並不是只有海王星擁有這種能力，像木星和土星也是能夠做到這一點的，它們散發的熱量都是它們本身吸收的熱量的兩倍，只有天王星是個異類，它並沒有辦法做到這一點。在離太陽越來越遠時，這些行星溫度從高到低的排序是第一木星，其次土星，再到海王星，而天王星則不在這個行列。

圖注：海王星南極的熱源，可以看出南極有個亮點

導致天王星不能對外散發熱量的原因可能是因為它並沒有內部熱源。海王星可以通過散發熱量使得自身溫度與天王星相似，但天王星卻沒有辦法可以產生熱量，它能做的只有吸收來自太陽的熱量。在對海王星最外部的溫度進行測量，而且很奇怪的是海王星的實際溫度其實是與天王星一樣的。但是海王星因為距離問題，從太陽身上得到的能量並不多。

圖注：海王星風暴的調查可以為系外行星風暴的窺視提供依據

內部熱源的存在可以簡單解釋為行星在形成時獲得了太陽系誕生時所遺留的熱量，它在行星中重力的作用下進行收縮加熱，這也就是著名的開爾文-亥姆霍茲收縮效應。海王星、木星和土星都是通過這種收縮加熱的方式產生熱量的，在重力的作用下，行星內部的物體向下墜落從而將勢能轉變為熱能，這也就是它們散發出的熱量了。但到現在，科學家們也沒有找出為什麼只有天王星沒有內部熱源的具體原因。有可能是因為早期在天王星形成時遭遇過巨大的撞擊使得它缺失了形成內部熱源的這個過程。到現在這已經逐漸地演變成為什麼只有海王星有內部熱源，而天王星沒有。