近期，中國科學(xué)院上海天文臺通過理論推導(dǎo)，剖析了處于旋轉(zhuǎn)自引力平衡橢球天體中的熱不穩(wěn)定性問題，發(fā)現(xiàn)了一類全新的軸對稱振蕩模式（關(guān)于赤道面南北對稱的）。這種旋轉(zhuǎn)對稱性與南北對稱性的組合是旋轉(zhuǎn)熱對流研究領(lǐng)域最后一類動力學(xué)對稱性，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《物理評論-流體》（Physical Review Fluids）上。

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

在快速旋轉(zhuǎn)非球形對流分析理論的基礎(chǔ)上，上海天文臺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)了軸對稱且同時具有關(guān)于赤道面南北反對稱的振蕩對流，并得出了封閉形式的解析解。

“至此，軸對稱性與南北對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)?！笨状罅Ρ硎?，“這一對稱性也是錢德拉塞卡在1961年最初希望尋找而未能得到的”。他還提出，這一發(fā)現(xiàn)對行星與恒星熱演化、磁場發(fā)電機動力學(xué)等問題可能產(chǎn)生的影響都將在后續(xù)研究中深入探討。

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

以埃克曼數(shù)E=0.0001、普朗特數(shù)Pr=0.005時、弗羅德數(shù)Fr=0.33的參數(shù)情況為例，全局漸進理論預(yù)期快速旋轉(zhuǎn)橢球流體內(nèi)線性熱不穩(wěn)定性模式是軸對稱且關(guān)于赤道面南北對稱的。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)流隨時間演化的蝴蝶圖（butterfly diagram）。