“标准地图”和木星的红点

计算科学 流体动力学 混沌系统
2021-12-25 06:11:41

有没有尝试通过混沌理论中的标准图来“解释”木星的红斑?我不可能是第一个注意到视觉相似性的人......


      标准地图
      标准地图的轨道 (x,y)(x+y,y0.971635sin(2px)/2p). 图片来自这个链接
      红点
      木星的红斑。图片来自本网站


2个回答

有许多系统表现出被混沌包围的(准)周期轨道,在基础物理学中没有太多(或任何)相似之处。动力系统理论充满了例子。列举几个:

  1. 标准地图是一个 2+1 维(2 空间和 1 时间)系统,源自踢脚旋转器的物理特性。
  2. Arnold-Beltrami-Childress (ABC) 流是一个 3 维系统,表示非粘性流体运动的欧拉方程的空间周期性稳态解。
    图片来自Wolfram
    ABC 流的庞加莱部分
  3. 周期性的双环流。这是一个 2+1 维系统,在性质上类似于某些海洋环流,但不是基于任何基础物理模型。此 PDF 演示文稿中
    的图像
    双回旋庞加莱截面

除了系统的拉格朗日动力学的一些相似性之外,我怀疑这里是否存在任何真正的联系。检查一个系统的拉格朗日动力学可能会给运输和拉格朗日行为提供许多见解,但通常很少能深入了解最初产生该系统的物理学。我认为没有理由期望旋转参考系(木星的红点)中的 3d 时间相关流体动力学系统与简单的时间相关踢动旋转器之间存在任何对应关系。

这个问题在这里当然有点题外话,但为了通识教育,无论如何还是值得回答的:

仅仅因为两件事看起来相似并不意味着根本原因是相关的。特别值得指出的是,您展示的标准地图图片实际上显示了一个三维过程(两个空间和一个时间维度)的横截面,并且只显示了一条线与该截面相交的点。另一方面,木星的图片显示了在固定时间瞬间在三维空间中流体流动的某些方面,投影到二维相机观察者上。换句话说,这些图片展示了完全不同的东西。

如果您将标准地图绘制为 3d 空间中的线而不是 Poincare 剖面,而将木星红点绘制为矢量图或木星 3d 大气中的流线,则两张图片看起来会完全不同。换句话说,您的观察只是“相关不是因果关系”的另一个例子。