近期，中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)通過(guò)理論推導(dǎo)，剖析了處于旋轉(zhuǎn)自引力平衡橢球天體中的熱不穩(wěn)定性問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)了一類全新的軸對(duì)稱振蕩模式（關(guān)于赤道面南北對(duì)稱的）。這種旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性與南北對(duì)稱性的組合是旋轉(zhuǎn)熱對(duì)流研究領(lǐng)域最后一類動(dòng)力學(xué)對(duì)稱性，此前從未被發(fā)現(xiàn)。相關(guān)研究成果以Letter的形式，發(fā)表在《物理評(píng)論-流體》（Physical Review Fluids）上。

熱對(duì)流運(yùn)動(dòng)是天體內(nèi)部普遍存在的動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，對(duì)能量傳遞、物質(zhì)輸運(yùn)、磁場(chǎng)產(chǎn)生和演化路徑具有支配性的作用。20世紀(jì)60年代以來(lái)，學(xué)界認(rèn)為，在旋轉(zhuǎn)球形或球殼模型中，物理上最先觸發(fā)對(duì)流不穩(wěn)定性的模式總是非軸對(duì)稱且關(guān)于赤道面南北對(duì)稱的；2008年Garcia等首次發(fā)現(xiàn)一類非軸對(duì)稱但關(guān)于赤道面南北反對(duì)稱的線性對(duì)流模式；2021年Sanchez等首次發(fā)現(xiàn)一類罕見(jiàn)的軸對(duì)稱且關(guān)于赤道面南北反對(duì)稱的振蕩對(duì)流模。

在快速旋轉(zhuǎn)非球形對(duì)流分析理論的基礎(chǔ)上，上海天文臺(tái)行星物理與磁流體力學(xué)課題組研究員孔大力指導(dǎo)聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生李文博，發(fā)現(xiàn)了軸對(duì)稱且同時(shí)具有關(guān)于赤道面南北反對(duì)稱的振蕩對(duì)流，并得出了封閉形式的解析解。

“至此，軸對(duì)稱性與南北對(duì)稱性的四類可能組合都成為旋轉(zhuǎn)天體內(nèi)部熱不穩(wěn)定性的可能形態(tài)。”孔大力表示，“這一對(duì)稱性也是錢(qián)德拉塞卡在1961年最初希望尋找而未能得到的”。他還提出，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)行星與恒星熱演化、磁場(chǎng)發(fā)電機(jī)動(dòng)力學(xué)等問(wèn)題可能產(chǎn)生的影響都將在后續(xù)研究中深入探討。

研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）等的支持。

以?？寺鼣?shù)E=0.0001、普朗特?cái)?shù)Pr=0.005時(shí)、弗羅德數(shù)Fr=0.33的參數(shù)情況為例，全局漸進(jìn)理論預(yù)期快速旋轉(zhuǎn)橢球流體內(nèi)線性熱不穩(wěn)定性模式是軸對(duì)稱且關(guān)于赤道面南北對(duì)稱的。上圖展示了子午面緯向環(huán)流速度的振蕩；下圖是亞表面緯向環(huán)流隨時(shí)間演化的蝴蝶圖（butterfly diagram）。