شناسایی موج ده‌ضلعی در پیرامون قطب جنوب سیاره زحل

سیاره زحل میزبان یک موج شش‌ضلعی کم‌نظیر، دیرپا و تقریبا ساکن در نزدیکی قطب شمال خود است که با یک جریان فواره‌ای شدید رو به شرق پیوند دارد. با وجود دهه‌ها رصد، تاکنون هیچ پدیده موجی مشابهی در نیم‌کره جنوبی یا سایر بخش‌های زحل گزارش نشده بود. با این حال، تصاویر ثبت‌شده به دست تلسکوپ‌های زمینی و تلسکوپ فضایی هابل (HST) در سال ۲۰۲۵ میلادی، از وجود یک موج ده‌ضلعی در عرض‌های جغرافیایی سیاره‌ای حدود ۵۸ تا ۶۳ درجه جنوبی پرده برداشت. تصاویر هابل در سال‌های ۲۰۲۳ و ۲۰۲۴ راس‌هایی با کنتراست بازتابی ضعیف‌تر و اضلاع خطی ده‌ضلعی را نشان می‌داد که بیانگر تکامل تدریجی این پدیده است. این ده‌ضلعی با سرعت ۲.۵ متر بر ثانیه به سمت شرق حرکت می‌کند که بسیار آهسته‌تر از جریان فواره‌ای مداری در عرض ۶۰.۵ درجه جنوبی با سرعت ۱۱۶ متر بر ثانیه است. همچنین، طول جغرافیایی راس‌های آن با دوره ۳۲ روزه و دامنه‌ای بین ۴.۶ تا ۸.۴ درجه نوسان می‌کند. بر اساس ویژگی‌های ثبت‌شده، این ده‌ضلعی می‌تواند یک موج پیچان بزرگ‌مقیاس باشد که از نظر عمودی به دام افتاده و به دلیل انحنای جریان فواره‌ای غالب، از نظر مداری محدود شده است. شبیه‌سازی‌های مدل آب‌های کم‌عمق نشان می‌دهد که این موج ممکن است از یک آشفتگی متناوب مکانی در اوج جریان فواره‌ای سرچشمه گرفته یا توسط یک گرداب پادچرخندی تاریک در مجاورت شمالی خود به حرکت درآمده باشد.

قطب شمال زحل میزبان ساختاری جوی و منحصربه‌فرد در منظومه شمسی است: یک موج شش‌ضلعی پایدار که مرکز آن در نزدیکی عرض جغرافیایی سیاره‌ای ۷۸.۵ درجه شمالی قرار دارد. این شش‌ضلعی نخستین بار در تصاویر به دست آمده از گذر کاوشگرهای وویجر در سال‌های ۱۹۸۰–۱۹۸۱ میلادی کشف شد و از آن زمان تاکنون با تلسکوپ‌های زمینی، تلسکوپ فضایی هابل و فضاپیمای کاسینی رصد شده است که نشان از طول عمری بیش از ۴۴ سال دارد. این شش‌ضلعی در میدان دمایی نیز اثرگذار بوده و دامنه نفوذ خود را به فراتر از ابرهای فوقانی و درون لایه استراتوسفر گسترش داده است. این ساختار یک موج جوی پایدار است که بر فراز یک جریان فواره‌ای رو به شرق با سرعت اوج حدود ۱۰۰ متر بر ثانیه قرار گرفته و هم‌زمان نسبت به دستگاه چرخش رادیویی شماره ۳ (System III) زحل از نظر طول جغرافیایی تقریبا ثابت باقی می‌ماند. با توجه به ثبات بلندمدت سامانه جریان‌های فواره‌ای مداری زحل، انتظار می‌رفت که موجی مشابه در یکی از دو جت زیرقطبی در نیم‌کره جنوبی در عرض‌های ۶۰ و ۷۳.۶ درجه جنوبی شکل بگیرد. با این حال، تاکنون چنین موجی گزارش نشده بود، هرچند در سال ۲۰۰۴ میلادی یک پدیده چندضلعی ناپایدار و ناقص توسط فضاپیمای کاسینی مشاهده شد. به دلیل انحراف محوری زحل، امکان مشاهده نیم‌کره جنوبی آن از زمین در اواسط سال ۲۰۱۲ میلادی پایان یافت و تا سال ۲۰۲۳ میلادی شرایط رصد مجدد آن فراهم نشد. با وجود زاویه دید کم‌ارتفاع به نیم‌کره جنوبی، در اکتبر ۲۰۲۳ میلادی، تصاویر فیلتر قرمز هابل (طول موج بیشتر از ۶۰۰ نانومتر) وجود یک ساختار چندضلعی ده‌وجهی (یک ده‌ضلعی) را در عرض جغرافیایی سیاره‌ای حدود ۶۳ درجه جنوبی نشان داد. در اوت ۲۰۲۴، با بهبود زاویه دید، اضلاع و راس‌های این ده‌ضلعی نمایان‌تر شدند، گرچه کنتراست آن‌ها در طول‌های جغرافیایی مختلف یکنواخت نبود.

تصاویر هابل در اوت و سپتامبر ۲۰۲۵ میلادی نشان می‌دهد که ۱۰ راس ده‌ضلعی کاملا شکل گرفته‌اند، هرچند کنتراست آن‌ها در امتداد مدار عرض جغرافیایی متفاوت است. سه راس (و اضلاع آن) بسیار برجسته، چهار راس با برجستگی کمتر و سه راس دیگر با وضوح کمتری قابل مشاهده بودند. تصاویر تلسکوپ‌های زمینی در سال ۲۰۲۵ نیز این ده‌ضلعی را ثبت کردند. عرض جغرافیایی مرکز موج در فیلترهای قرمز با طول موج‌های ۶۳۱ نانومتر، ۷۲۷ نانومتر (یک باند ضعیف جذب متان)، ۷۶۳ نانومتر و ۹۳۷ نانومتر برابر با ۰.۴° ± ۶۳° جنوبی بود. این موج در باند قوی جذب متان در ۸۸۹ نانومتر به سمت استوا متمایل شده و در عرض ۰.۴° ± ۶۰.۵° جنوبی متمرکز بود. موج ده‌ضلعی (با عدد موج n = 10) دارای میانگین طول موج مداری ۱۱۰۰ ± ۱۶,۷۸۲ کیلومتر (L_x) است و حاشیه‌های تاج‌ها و ناودان‌های آن یک موج سینوسی با دامنه عرضی اوج تا اوج ۰.۳° ± ۲.۷° (برابر با ۲۶۴۵ کیلومتر) پدید می‌آورند.

یک ساختار ده‌ضلعی مشابه اما با وضوح کمتر نیز در بیرون از ده‌ضلعی اصلی در طول موج ۷۶۳ نانومتر در یک کمربند تاریک مشاهده می‌شود که در سال‌های ۲۰۲۳ و ۲۰۲۴ در عرض ۵۳ درجه جنوبی و در سال ۲۰۲۵ در عرض ۵۸ درجه جنوبی متمرکز بوده است. در سال ۲۰۲۵، تموج ده‌ضلعی در تصاویر هابل در باند جذب متان در ۸۸۹ نانومتر در عرض ۵۸.۸ درجه جنوبی نیز به شکل یک نوار سفید دیده می‌شود. پهنای مداری این نوارها حدود ۲ تا ۳ درجه (تقریبا ۲۰۰۰ تا ۳۰۰۰ کیلومتر) است. این نوارهای متوالی و نمایه‌های بازتاب نصف‌النهاری در طول موج‌های مختلف نشان می‌دهند که الگوهای ده‌ضلعی از عرض‌های حدود ۵۳ تا ۶۶ درجه جنوبی (حدود ۱۳,۰۰۰ کیلومتر) امتداد یافته‌اند؛ امری که بیانگر یک پدیده چندسطحی و لایه‌بندی‌شده از نظر عمودی است که دامنه فشاری گسترده‌ای از دست‌کم ۱۰ میلی‌بار تا ۲ بار را در بر می‌گیرد، یعنی ساختاری کاملا شبیه به موج شش‌ضلعی قطب شمال.

الگوی ده‌ضلعی در نزدیکی یک «لکه سرخ» (RS) واقع شده که در عرض ۵۵ درجه جنوبی متمرکز است و در خلال سال‌های ۲۰۲۳ تا ۲۰۲۵ مشاهده شد. این لکه سرخ ابعادی در حدود ۴۰۰۰ کیلومتر دارد و در تصاویر زمینی سال‌های ۲۰۲۳ تا ۲۰۲۵ با دقت ردیابی شده و سرعتی معادل ۱ ± ۲۳ متر بر ثانیه داشته است. در طول موج ۷۶۳ نانومتر، این لکه سرخ در سال‌های ۲۰۲۳ و ۲۰۲۴ آلبدوی بالایی از خود نشان داد اما در سال ۲۰۲۵ تاریک‌تر به نظر رسید. لکه سرخ در طول موج ۸۸۹ نانومتر روشن اما در طیف فرابنفش بین سال‌های ۲۰۲۳ تا ۲۰۲۵ تاریک بوده است. بر پایه نمایه باد، این لکه سرخ یک پادچرخند محسوب می‌شود که با درخشش آن در ۸۸۹ نانومتر (یعنی داشتن ارتفاع بالاتر نوک ابرها در مقایسه با ابرهای پس‌زمینه) همخوانی دارد. این پدیده شباهت زیادی به لکه‌ای دارد که در سال ۱۹۸۱ توسط وویجر ۱ و وویجر ۲ ثبت شد و به طور غیررسمی «لکه آن» نام گرفت. نقش لکه سرخ در شکل‌گیری ده‌ضلعی هنوز به طور دقیق مشخص نیست، همان‌گونه که در ابتدا ابهام مشابهی پیرامون ارتباط لکه آن و شش‌ضلعی شمالی وجود داشت. بیشترین کنتراست راس‌های ده‌ضلعی در نزدیکی این لکه سرخ مشاهده می‌شود و بخشی از ده‌ضلعی که تاج‌های موجی نامشخص دارد در نیم‌کره مخالف این لکه قرار گرفته است.

حرکت ده‌ضلعی از راه ردیابی موقعیت طولی راس‌های آن در تصاویر قرمز (محدوده طول موج حدود ۶۵۰ تا ۹۵۰ نانومتر) ثبت‌شده به دست هابل و تلسکوپ‌های زمینی در پایگاه‌های داده ALPO ژاپن و آزمایشگاه رصد مجازی سیاره‌ای (PVOL) اندازه‌گیری شد. بازه زمانی مورد بررسی از ۲۶ ژوئن تا ۱۱ اکتبر ۲۰۲۵ را در بر می‌گیرد. ما از چارچوب مرجع سیستم ۳ برای سنجش‌های طولی (نرخ چرخش = ۸۱۰.۷۹۳۹۰۲۴ درجه در روز و دوره چرخش = ۱۰ ساعت و ۳۹ دقیقه و ۲۲.۴ ثانیه) و عرض‌های جغرافیایی سیاره‌ای استفاده کردیم. برازش خطی بر میانگین رانش طولی ۱۰ راس، مقدار ۰.۰۳۵° ± ۰.۴۷°- در روز را به دست داد که علامت منفی نشان‌دهنده حرکت به سمت شرق نسبت به سیستم ۳ است. این مقدار متناظر با دوره چرخش مطلق ۱۰ ساعت و ۳۹ دقیقه و ۱.۶ ± ۱.۸ ثانیه برای ده‌ضلعی و میانگین سرعت مداری ۰.۲ ± ۲.۵+ متر بر ثانیه در عرض جغرافیایی ۶۳ درجه جنوبی است.

رانش مداری هر راس نسبت به برازش خطی دچار نوسان می‌شود. ما این نوسانات را در بازه رصدی با بهترین داده‌ها از جمله سنجش‌های هابل که بیش از یک دوره نوسان کامل را پوشش می‌داد، بررسی کردیم. دامنه بدون روند، یعنی تفاوت‌های طولی هر راس نسبت به برازش خطی حرکت آن، با یک منحنی سینوسی مدل‌سازی شد که در آن دامنه، دوره زمانی، زمان و اختلاف فاز مشخص گردیدند. نوسان طولی حاصل برای راس‌ها دارای میانگین دوره تناوب ۳۲.۵ روز (تنها با انحراف یکی از راس‌ها با دوره ۴۳ روز) و میانگین دامنه ۴.۶ درجه با بیشینه مقدار ۸.۴ درجه بود. این نوع نوسان طولی مشابه نوسان مشاهده‌شده در لکه سرخ بزرگ مشتری است که دوره‌ای حدود ۹۰ روز و دامنه‌ای نزدیک به ۱ درجه دارد. علاوه بر این، تاریخ وقوع اوج نوسان میان دو راس متوالی به طور میانگین ۲.۷ روز جابه‌جا می‌شود. این ویژگی‌ها در دینامیک حرکتی ده‌ضلعی از وجود یک رفتار پیچیده دینامیکی خبر می‌دهد که هرگز در شش‌ضلعی شمالی دیده نشده بود و موضوعی شایان بررسی‌های آینده به شمار می‌رود.

ما از تصاویر هابل در اوت ۲۰۲۵ برای اندازه‌گیری نمایه سرعت باد مداری u(f) بهره گرفتیم. راس‌های ده‌ضلعی اصلی همان‌طور که در فیلترهای F763M و FQ889N مشاهده می‌شود، در سمت قطبی جریانی قرار دارند که اوج سرعت آن در عرض ۶۰.۵ درجه جنوبی به ۱۱۶ متر بر ثانیه می‌رسد. شکل و شدت این جریان فواره‌ای، همانند سایر جت‌های غیر استوایی، در محدوده خطای اندازه‌گیری از سال ۱۹۸۱ تاکنون تغییر چشمگیری نداشته است. ده‌ضلعی با سرعتی معادل ۳۵- متر بر ثانیه نسبت به جریان فواره‌ای در عرض جغرافیایی خود حرکت می‌کند (فیلتر F763M). با این حال، همان‌گونه که اشاره شد، ساختار ده‌ضلعی در نوارهای شمالی‌تر نیز دیده می‌شود و کل بازه عرض جغرافیایی جریان فواره‌ای (بخش‌های چرخندی و پادچرخندی) را در بر می‌گیرد. به همین دلیل، با محاسبه سرعت ده‌ضلعی نسبت به اوج سرعت جریان، مقدار سرعت نسبی حدود ۱۱۳- متر بر ثانیه به دست می‌آید. علامت منفی بیانگر حرکت رو به غرب نسبت به جریان فواره‌ای مداری است. این وضعیت دینامیکی کاملا مشابه با شش‌ضلعی قطب شمال است.

تصاویر فروسرخ زحل در ۱۶ و ۱۷ اوت ۲۰۲۵ با استفاده از طیف‌سنج و تصویربردار فروسرخ میانی (VISIR) نصب‌شده بر روی تلسکوپ ۸.۲ متری UT-2 متعلق به رصدخانه جنوبی اروپا (ESO) ثبت شد. این تصاویر محدوده طیفی ۷.۷ تا ۱۹.۵ میکرومتر را پوشش داده و دمای درخشندگی معادل تابش‌هایی را ارائه می‌دهند که تروپوسفر بالایی (۱۰۰ تا ۳۰۰ میلی‌بار) و استراتوسفر (۱ تا ۵ میلی‌بار) را می‌سنجند. نقشه‌های تصویری دمای درخشندگی در ناحیه قطب جنوب به دلیل زاویه دید تند، نشانه آشکاری از راس‌های ده‌ضلعی ارائه نمی‌دهند. در عوض، این تصاویر نوارهای مداری را به ویژه در محدوده طول موج ۱۷.۶ تا ۱۹.۵ میکرومتر در تروپوسفر بالایی نمایان می‌سازند که یکی از این نوارهای دمایی منطبق بر ناحیه ده‌ضلعی است.

تخمینی از دماهای تروپوسفر و استراتوسفر از طریق تصویربرداری VISIR استخراج شد. نقشه‌های دمایی رفتار فصلی بارزی را نشان می‌دهند؛ به طوری که در یک سطح فشاری مشخص، دماها به سمت قطب بهاری سردتر هستند و نوسانات دمایی مرتبط با ساختار جریان‌های فواره‌ای مداری نیز بر آن سوار شده است. این داده‌های دمایی برای استنتاج ساختار عمودی جریان‌های فواره‌ای مداری بر پایه گرادیان دمای مداری و معادله تعادل باد حرارتی مورد استفاده قرار گرفتند. جریان فواره‌ای میزبان ده‌ضلعی، همانند دو جت مجاور شمالی‌تر (عرض‌های ۴۸ و ۳۲ درجه جنوبی)، کاهش سرعت با افزایش ارتفاع را نشان می‌دهد. این موج در لبه‌های جت مستقیم و در ناحیه‌ای به دور از شدیدترین برش عمودی منفی باد قرار گرفته است.

موج ده‌ضلعی در درون یک جریان فواره‌ای مداری در تعادل ژئوستروفیک قرار دارد؛ چرا که عدد راسبی (Rossby number) برای سرعت اوج ۱۱۶ متر بر ثانیه، پارامتر کوریولیس معادل ۴-^۱۰ × ۲.۷ بر ثانیه و پهنای نصف‌النهاری ۲۷۰۰ کیلومتر، در حدود ۰.۰۴ است. تاوایی محیطی (برش مداری باد جت) از ۵-^۱۰ × ۲ بر ثانیه در بخش پادچرخندی تا ۵-^۱۰ × ۶- بر ثانیه در بخش چرخندی متغیر است. بیشینه انحنای میانگین تاوایی محیطی حدود ۱۱-^۱۰ × ۲.۵ بر متر بر ثانیه است که تقریبا هشت برابر گرادیان تاوایی سیاره‌ای برآورد می‌شود. با اتکا به این داده‌ها و همانند فرضیات مطرح‌شده پیرامون شش‌ضلعی، ده‌ضلعی می‌تواند یک موج راسبی شبه‌ژئوستروفیک باشد که به طور عمودی به دام افتاده و در جهت نصف‌النهاری با انحنای جت محصور شده است و سرعت فاز ذاتی معادل ۱۱۳- متر بر ثانیه دارد. با این حال، بر خلاف شش‌ضلعی شمالی که اضلاع و راس‌های آن از کنتراست یکدستی برخوردارند، ده‌ضلعی در طول‌های جغرافیایی مختلف یکنواخت نیست. این ده‌ضلعی در سال پیشین زحل وجود نداشت و به نظر می‌رسد از سال ۲۰۲۳ تا ۲۰۲۵ تکامل یافته است؛ وضعیتی که با پایداری دیرپای شش‌ضلعی در چرخه‌های تابش خورشیدی تفاوت دارد. این امر نشان می‌دهد که ده‌ضلعی احتمالا موجی برخاسته از یک ناپایداری دینامیکی در جریان فواره‌ای در لایه‌های فوقانی آب‌وهوا است. در این صورت، ده‌ضلعی پدیده‌ای گذرا و در حال دگرگونی است، در حالی که شش‌ضلعی موجی بسیار مستحکم و باثبات به شمار می‌آید که حتی در حضور طوفان‌های همرفتی شدید نیز پایدار مانده است.

ما از مدل لایه‌ای آب‌های کم‌عمق (SW) برای بررسی مرتبه صفر شکل‌گیری و پایداری موج ده‌ضلعی استفاده کردیم. مدل آب‌های کم‌عمق نمایانگر نسخه ساده‌شده‌ای از تروپوسفر زحل در عرض جغرافیایی ده‌ضلعی است که با عمق سیال H (در بازه ۵ تا ۵۰ کیلومتر) تعریف می‌شود و شعاع تغییر شکل راسبی را بین ۸۵۰ تا ۲۷۰۰ کیلومتر مشخص می‌کند. ما حرکت سیال را بر روی سرعت‌های آشفته منطبق با نمایه باد اندازه‌گیری‌شده اعمال کردیم. سیال با میدان تاوایی یا میزان انحراف ارتفاع از عمق H توصیف می‌شود. ما شبیه‌سازی‌ها را در سه حالت اجرا کردیم: (۱) تحول سیال به دنبال آشفتگی‌های گاوسی موضعی در جریان فواره‌ای، (۲) تحول سیال هنگام معرفی یک پادچرخند مشابه لکه سرخ در عرض جغرافیایی رصدشده، و (۳) تحول یک موج سینوسی با نمایه نصف‌النهاری گاوسی و عدد موج ۱۰ که در ابتدا بر روی اوج جت در ۶۰.۵ درجه جنوبی اعمال شد. شکل ۵ نتایج این شبیه‌سازی‌ها را نشان می‌دهد. در حالت اول، با اعمال ۱۰ اختلال گاوسی موضعی با فاصله‌های طولی برابر، یک الگوی پایدار در میدان تاوایی پتانسیل (PV) با عدد موج ۱۰ در مرکز جت به دست می‌آید؛ هرچند سرعت فاز آن ۸۸ متر بر ثانیه و بسیار بیشتر از ده‌ضلعی است. با تعداد اختلالات کمتر، سیستم به الگویی با عدد موج برابر با تعداد اختلالات میل می‌کند. در حالت دوم، بسته به عمق سیال و سرعت مماسی پادچرخند لکه سرخ، الگوهایی ایجاد می‌شود که جت را آشفته کرده و ساختاری دوره‌ای در تاوایی پتانسیل پدید می‌آورند؛ بنابراین نمی‌توان احتمال اینکه لکه سرخ سرچشمه نهایی پیدایش ده‌ضلعی باشد را رد کرد. در حالت سوم، موج سینوسی به سرعت ناپایدار و تکه‌تکه شده و الگوی پایداری از پادچرخندها (در سمت شمال اوج جت) و چرخندها (در سمت جنوب جت) با همان عدد موج تشکیل می‌دهد که سرعتی معادل ۴۶ متر بر ثانیه دارد. این احتمال وجود دارد که ده‌ضلعی در بر گیرنده چنین گرداب‌هایی در دو سوی تموج خود باشد که به دلیل تفکیک‌پذیری محدود تصاویر دیده نشده‌اند. با وجود سادگی مدل، پدید آمدن این ساختارهای دوره‌ای چشم‌انداز نویدبخشی برای تبیین این پدیده جوی ارائه می‌دهد.

موج ده‌ضلعی زحل فرصتی کم‌نظیر برای بررسی دینامیک جریان‌های فواره‌ای قطبی و فرآیندهای شکل‌دهنده جریان‌های چندضلعی پایدار در سیارات غول‌پیکر فراهم می‌آورد؛ از جمله ساختارهای چندضلعی چرخندهای قطبی سیاره مشتری که در میدانی با بادهای ضعیف در عرض‌های بالاتر از ۸۰ درجه شکل گرفته‌اند. مدل‌های جوی توانسته‌اند با ترکیب آشفتگی‌ها، ناپایداری‌های جریانی، گرداب‌ها و امواج در مدل‌های تک‌لایه و چندلایه همراه با برش عمودی باد، ساختارهای چندضلعی را بازتولید کنند. کشف و مشخصه‌یابی ده‌ضلعی نوین زحل، بستری نو برای بررسی شرایط حاکم (مانند ساختار نمایه باد و دگرگونی‌های تابش خورشیدی) فراهم می‌سازد که تحت آن‌ها مدل‌ها می‌توانند ساختارهای چندضلعی پایدار یا در حال تحول را بازسازی کنند.

ما از داده‌های رصدی در طیف مرئی به دست آمده از دوربین میدان باز شماره ۳ (WFC3) تلسکوپ فضایی هابل تحت برنامه‌های میراث جوی سیارات بیرونی (OPAL) با شماره‌های ۱۶۹۹۵، ۱۷۲۹۴ و ۱۷۸۴۳ در تاریخ‌های ۲۲ اکتبر ۲۰۲۳، ۲۲ اوت ۲۰۲۴ و ۲۹ اوت ۲۰۲۵ و برنامه اعتدال زحل (شماره ۱۸۱۰۲) در ۱۶ و ۱۷ سپتامبر ۲۰۲۵ بهره بردیم. در برنامه‌های OPAL از فیلترهای نوری متنوعی نظیر F225W، F275W، F343N، F395N، F467M، F502N، F631N، F727N، F763M و FQ889N استفاده شد. برای برنامه ۱۸۱۰۲ نیز فیلترهای F336N، F547M، F631N، F689M، FQ727N، FQ906N و FQ937N به کار رفتند. هر مجموعه از تصاویر، دو دوره چرخش کامل زحل را پوشش می‌دهد.

در این پژوهش همچنین از تصاویر دوربین دوکاناله «پلنت‌کم» متصل به تلسکوپ ۲.۲ متری رصدخانه کالار آلتو در بازه ۲۹ اوت تا ۱ سپتامبر ۲۰۲۵ در کانال‌های مرئی (۰.۳۵ تا ۱ میکرومتر) و فروسرخ نزدیک (۱ تا ۱.۷ میکرومتر) استفاده شد. داده‌های تکمیلی نیز توسط شبکه‌ای از رصدگران آماتور جهان از طریق پایگاه‌های ALPO ژاپن و PVOL تامین گردید. برای بهبود وضوح راس‌های ده‌ضلعی و اندازه‌گیری دقیق‌تر، بیشتر تصاویر با فیلترهای افزایش کنتراست پردازش شدند. برای تعیین موقعیت جغرافیایی و استخراج مختصات راس‌های ده‌ضلعی از نرم‌افزار WinJUPOS استفاده شد. خطای موقعیت‌یابی در طول و عرض جغرافیایی حدود ۰.۱°± است. با توجه به انحنای راس‌های ده‌ضلعی، دقت اندازه‌گیری طول جغرافیایی در تصاویر زمینی عادی ۳°±، در بهترین تصاویر زمینی ۲°± و در تصاویر تلسکوپ هابل ۱°± برآورد شده است.

برای استخراج نمایه باد مداری، تصاویر هابل در برنامه OPAL مربوط به اوت ۲۰۲۵ مبنا قرار گرفت. تمامی جفت‌تصاویر موجود در فیلترهای F631N و F763M که عوارض جوی را با بیشترین کنتراست نشان می‌دادند و با فاصله زمانی یک چرخش کامل زحل ثبت شده بودند، انتخاب شدند تا همان عوارض با اندکی جابه‌جایی در طول جغرافیایی ردیابی شوند. این تصاویر با ابزار محاسباتی WinJUPOS به نقشه‌های استوانه‌ای تبدیل شده و برای افزایش وضوح، تحت فیلتر بالاگذر قرار گرفتند.

سرعت‌های مداری در هر عرض جغرافیایی با استفاده از روش همبستگی متقابل یک‌بعدی روشنایی بین جفت‌نقشه‌ها به دست آمد. تفکیک‌پذیری عرضی نقشه‌ها ۰.۱ درجه بر پیکسل است و محاسبات برای هر سطر پیکسل انجام شد. این پردازش، جابه‌جایی طولی (بر حسب درجه) منطبق بر بیشترین مقدار همبستگی را تعیین می‌کند که از نظر فیزیکی معادل جابه‌جایی مداری عوارض جوی بین دو تصویر است.

اثر تاریکی لبه، سیگنالی با فرکانس پایین در اسکن‌های روشنایی پدید می‌آورد که می‌تواند بر نتایج همبستگی اثر بگذارد. پردازش تصاویر با فیلتر بالاگذر این اثر را کاهش می‌دهد، هرچند مقادیری از آن باقی می‌ماند. برای اصلاح دقیق‌تر، یک فیلتر میانگین متحرک بر داده‌ها اعمال و از سیگنال اصلی کسر شد تا نمایه‌های روشنایی یکدست شوند. در نهایت برای ترسیم نمایه باد مداری، نقاط داده حاصل در بازه‌های عرض جغرافیایی ۰.۵ درجه میانگین‌گیری و در بازه ۲.۵ درجه هموارسازی شدند و عدم قطعیت به عنوان انحراف معیار داده‌ها در هر بازه محاسبه شد.

مشاهدات فروسرخ حرارتی زحل توسط ابزار VISIR رصدخانه جنوبی اروپا نصب‌شده بر تلسکوپ ۸.۲ متری UT2 در پارانال، به عنوان بخشی از برنامه رصدی بلندمدت برای بررسی تکامل فصلی دماها انجام شد. تصاویر در دو نوبت رصدی یک‌ساعته در شب‌های متوالی (۱۶ و ۱۷ اوت ۲۰۲۵) در هفت فیلتر باند باریک بین ۷.۹ تا ۱۹.۵ میکرومتر ثبت شدند. طول موج‌های بین ۱۷.۶ تا ۱۹.۵ میکرومتر دمای تروپوسفر بالایی (۱۰۰ تا ۳۰۰ میلی‌بار) را می‌سنجند و ساختار نواری سوار بر گرادیان فصلی را نشان می‌دهند. طول موج‌های ۷.۹، ۱۲.۳ و ۱۳.۰ میکرومتر نیز به ترتیب متان، اتان و استیلن استراتوسفری را ردیابی کرده و برای تخمین دمای استراتوسفر به کار می‌روند.

سیگنال زحل با تکنیک‌های سریع جابه‌جایی پرتو از پس‌زمینه درخشان آسمان تفکیک و تابش‌های ناخواسته حذف گردید. پس از پاک‌سازی پیکسل‌های معیوب، داده‌ها با تطبیق بر مشاهدات طیف‌سنج CIRS فضاپیمای کاسینی کالیبره شدند. از آنجا که دمای میانگین در محدوده ۳۰± درجه از استوا تقریبا ثابت است، این کالیبراسیون امکان تخمین دمای جو از روی درخشندگی طیفی را فراهم ساخت. الگوهای نواری تصویر با تبدیل فوریه و حذف ساختارهای دوره‌ای پالایش شدند و در نهایت با نرم‌افزار PlanetMapper موقعیت هندسی پیکسل‌ها برای تصویرسازی قطبی و استخراج میانگین‌های مداری تنظیم گردید.

میانگین درخشندگی مداری در شش فیلتر نوری برای برآورد دمای عمودی به عنوان تابعی از عرض جغرافیایی با استفاده از کد وارون‌سازی طیفی NEMESIS تحلیل شد تا گرادیان‌های دمایی لازم برای محاسبه برش عمودی بادهای مداری به دست آید. گرچه خطای مطلق دما در هر سطح فشاری بین ۲ تا ۴ کلوین متغیر است، اما موقعیت بیشینه‌های گرادیان دمایی به خوبی مشخص شده و ساختار برش عمودی باد را در مجاورت موج ده‌ضلعی آشکار می‌سازد.

مدل آب‌های کم‌عمق یک تقریب دوبعدی از جو است که از یک لایه نازک سیال بر روی سطحی بیضوی تشکیل شده و تا زمانی که مقیاس طول افقی حرکت بسیار بزرگ‌تر از مقیاس عمودی باشد، معتبر است. در این مدل فرض می‌شود سیال تراکم‌ناپذیر و فاقد چسبندگی است و سیستم در تعادل هیدرواستاتیک قرار دارد. شبیه‌سازی‌ها دینامیک اساسی امواج سیاره‌ای، تعدیل ژئوستروفیک و پاسخ هیدرودینامیکی به بادهای مداری را بازتولید می‌کنند و اثرات چرخش و عملکرد جت‌ها را پوشش می‌دهند، هرچند ترمودینامیک و حرکات عمودی را در نظر نمی‌گیرند.

شبیه‌سازی‌ها نخست با یک اجرای پایه بدون اغتشاش برای ارزیابی پایداری سامانه جت در طول ۲۰۰ روز آغاز شد. سپس سه حالت دنبال گردید: (۱) زنجیره‌ای از ۱ تا ۱۰ اختلال گاوسی موضعی با فاصله‌های طولی برابر، (۲) شبیه‌سازی پادچرخند لکه سرخ در عرض ۵۵ درجه جنوبی برای بررسی تاثیر آن بر جریان فواره‌ای ۶۱ درجه جنوبی، و (۳) بررسی پایداری و تکامل یک موج سینوسی در اوج جت در ۶۱ درجه جنوبی با عدد موج ۱۰، مشابه ساختار ده‌ضلعی مشاهده‌شده.

این پژوهش بر پایه مشاهدات تلسکوپ فضایی هابل متعلق به ناسا و اسا انجام شده است. نویسندگان از همکاری رصدخانه کالار آلتو در اسپانیا و تسهیلات رصدخانه جنوبی اروپا (ESO) قدردانی می‌کنند. بخشی از محاسبات این تحقیق در مرکز پردازش فوق سریع ALICE در دانشگاه لستر انجام گرفته است. ما همچنین صمیمانه از جامعه رصدگران آماتور که داده‌های رصدی ارزشمند خود را به پایگاه‌های PVOL و ALPO ژاپن ارسال می‌کنند، تشکر و قدردانی می‌نماییم.