中国科学院上海天文台行星物理与磁流体科研团组与地球自转变化团组科研人员合作在气态巨行星大气动力学研究领域取得重要突破，首次提出一种驱动顺行赤道急流（风向与行星自转方向一致）的全新机制。该机制突破了传统理论对大气层动力学过程的局限，揭示了行星深内部磁流体波对大气环流的直接调控作用，为理解巨行星大气动力学提供了全新视角。相关成果于2026年3月27日在线发表于天文学期刊《The Astrophysical Journal Letters》。

木星、土星等气态巨行星（称“类木”行星）的赤道急流为何长期维持顺行方向，一直是行星科学领域的未解难题，且这些“类木”行星大气中强劲的赤道急流起源问题，困扰行星物理学界数十年¹²³⁴。理论上，这种急流需要持续向赤道输运动量作为支撑⁵。基于2023年发表于《地球物理研究杂志：固体地球》（JGR: Solid Earth）的赤道磁-阿基米德-科里奥利波（eMAC波）分析模型⁶，我们首次将该磁流体波分析解模型应用于气态巨行星内部动力学研究，得到了与实际观测十分吻合的理论结果（见下图）。该结果表明：木星和土星存在的“低纬风场和喷流”现象的机制很可能反映了木星内部稳定分层（即氢氦不混溶层—“氦雨层”）产生的磁流体波信号，该波动被限制于赤道区域，具有较低的相速度，其扰动可向上传播至天气层，形成特定的热结构，从而有效向赤道输送动量。

图. 赤道磁流体波分析解模型解释木星大气低纬风场起源机制。中间为木星实际大气环流风场，左边为没有考虑内部eMAC波的情况，右边为考虑内部eMAC波的情况

这一机制与气态巨行星的演化过程密切相关。随着行星内部逐渐冷却，氢与氦在一定压强范围内会发生分离，氦析出形成“氦雨”⁷，在此过程中构建出一个由成分梯度维持的稳定分层区域，夹在上下两个对流层之间⁸。研究团队首次确认，该稳定层正是赤道eMAC波生成的关键场所。为进一步验证这一机制，研究团队利用国际通用的MITgcm大气模式，对赤道波系扰动开展高精度大气动力学模拟。结果表明，该波动带来的赤道区域方位角方向不均匀性，能够激发大气中的Matsuno-Gill模态^{9 10}，该模态可将赤道外区域的角动量有效输送至赤道，最终形成稳定的赤道顺行急流。

该成果不仅为气态巨行星赤道急流的成因提供了全新理论解释，也为揭示气态巨行星与冰巨星在环流特征上的显著差异提供了关键线索。这项工作的科学意义还体现在其揭示了一类普适的物理机制——分层天体内部磁流体波驱动低纬区域喷流的共同规律，为理解气态巨行星大气动力学提供了新范式，有望为未来木星、土星等巨行星探测任务的数据解释提供重要理论支撑。

本工作得到了国家重点研发计划（项目号2025YFF0512400）、国家自然科学基金青年基金A类（项目号12425306）、国家自然科学基金青年基金C类（项目号42405129）等项目的支持。

文章链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae518c.

科学联系人：
连雨辰 lianyuchen@shao.ac.cn
段鹏硕 duanps@shao.ac.cn
孔大力 dkong@shao.ac.cn

参考文献

1.Duer, K., Galanti, E., & Kaspi, Y. 2023, AGUA, 4, e2023AV000908

2.Lemasquerier, D. 2025, PhRvF, 10, 124802

3.Yadav, R. K., Cao, H., & Bloxham, J. 2022, ApJ, 940, 185

4.Thomson, S. I., & McIntyre, M. E. 2016, JAtS, 73, 1119

5.Showman, A., Lewis, N., & Fortney, J. 2015, ApJ, 801, 95

6.Duan, P., Huang, C., & Xu, C. 2023, JGRB, 128, e2022JB025199

7.Brygoo, S., Loubeyre, P., Millot, M., et al. 2021, Natur, 593, 517

8.Markham, S., & Guillot, T. 2024, PSJ, 5, 269

9.Matsuno, T. 1966, JMeSJ, 44, 25

10.Gill, A. E. 1980, QJRMS, 106, 447