澳门科技大学月球与行星科学国家重点实验室博士研究生李文博于2022年10月27日在物理评论流体期刊上，以第一作者发表了关于行星动力学的重要研究成果，并被美国物理学会（American Physical Society）选为媒体推荐成果。李文博同学经过解析分析，首次得到快速旋转椭球天体内部流体热不稳定性的判据，它可以直接用于理解木星与土星这样显著非球形行星内部的对流动力学，甚至可用于研究黑洞吸积盘等极端扁平的旋转流体系统。

热对流运动是天体内部普遍存在的动力学现象，对能量传递、物质输运、磁场产生和演化路径起到支配性的作用。如果一个天体没有旋转，判断内部是否发生热对流可以简单地依据实际温度梯度和绝热温度梯度之间的比较；但是实际的行星与恒星总是自转的，寇里奥利力破坏了对流方程的有关对称性，导致动力系统的临界特性完全改变。

诺贝尔物理学奖获得者钱德拉塞卡最早分析旋转球形流体的热不稳定性判据，李文博同学的研究成果是对钱德拉塞卡工作的一个重大拓展。几十年以来，众多学者系统性地研究了球形近似条件下流体从传导态到对流态复杂的线性分岔性质。迄今为止，以上所有研究都忽略天体由于离心力而形成的非球形形状。但这一近似的合理性和有效性从未得到任何理论或数值分析的检验。随着人们对木星、土星和α Eridani等快速自转天体观测和研究的加深，理解椭球形天体内部全域热不稳定性判据变得愈发必要。

澳科大月球与行星科学国家重点实验室博士研究生李文博（指导老师为实验室主任张可可讲座讲授），与中国科学院研究员孔大力合作，利用全域渐进分析的数学手段攻克了旋转自引力平衡的椭球Boussinesq流体中的热不稳定性问题，首次获得了全域热对流临界模式和临界参数的解析。

埃克曼数Ek=0.0001、普朗特数Pr=0.005时、弗罗德数Fr=0.05时的对流发生时的温度等值面图

以木星的扁率情况为例，展示了全域热不稳定性发生时的临界对流模式。研究结果证明，对于像木星这样的快速自转且扁率较大的行星，非球形旋转对流的临界参数比球形近似下的结果会大幅度变化。李文博表示，如果严格采用与天体自转相自洽的非球形模型，很多快速自转行星与恒星内部的对流输运效率会与前人的预期相差很大。他还指出，这一研究成果对天体热演化、磁场发电机动力学等问题的影响将在后续同一系列的学术论文中深入探讨。

论文链接：

李文博作为第一作者的论文“Li and Kong, Rapidly rotating self-gravitating Boussinesq fluid. II. Onset of thermal inertial convection in oblate spheroidal cavities, Physical Review Fluids, 7, 10 103502 (2022)”

最近正式发表，请详见连结：https://journals.aps.org/prfluids/abstract/10.1103/PhysRevFluids.7.103502