澳門科技大學月球與行星科學國家重點實驗室博士研究生李文博於2022年10月27日在物理評論流體期刊上，以第一作者發表了關於行星動力學的重要研究成果，並被美國物理學會（American Physical Society）選為媒體推薦成果。李文博同學經過解析分析，首次得到快速旋轉橢球天體內部流體熱不穩定性的判據，它可以直接用於理解木星與土星這樣顯著非球形行星內部的對流動力學，甚至可用於研究黑洞吸積盤等極端扁平的旋轉流體系統。

熱對流運動是天體內部普遍存在的動力學現象，對能量傳遞、物質輸運、磁場產生和演化路徑起到支配性的作用。如果一個天體沒有旋轉，判斷內部是否發生熱對流可以簡單地依據實際溫度梯度和絕熱溫度梯度之間的比較；但是實際的行星與恆星總是自轉的，寇里奧利力破壞了對流方程的有關對稱性，導致動力系統的臨界特性完全改變。

諾貝爾物理學獎獲得者錢德拉塞卡最早分析旋轉球形流體的熱不穩定性判據，李文博同學的研究成果是對錢德拉塞卡工作的一個重大拓展。幾十年以來，眾多學者系統性地研究了球形近似條件下流體從傳導態到對流態複雜的線性分岔性質。迄今為止，以上所有研究都忽略天體由於離心力而形成的非球形形狀。但這一近似的合理性和有效性從未得到任何理論或數值分析的檢驗。隨著人們對木星、土星和α Eridani等快速自轉天體觀測和研究的加深，理解橢球形天體內部全域熱不穩定性判據變得愈發必要。

澳科大月球與行星科學國家重點實驗室博士研究生李文博（指導老師為實驗室主任張可可講座講授），與中國科學院研究員孔大力合作，利用全域漸進分析的數學手段攻克了旋轉自引力平衡的橢球Boussinesq流體中的熱不穩定性問題，首次獲得了全域熱對流臨界模式和臨界參數的解析。

埃克曼數Ek=0.0001、普朗特數Pr=0.005時、弗羅德數Fr=0.05時的對流發生時的溫度等值面圖

以木星的扁率情況為例，展示了全域熱不穩定性發生時的臨界對流模式。研究結果證明，對於像木星這樣的快速自轉且扁率較大的行星，非球形旋轉對流的臨界參數比球形近似下的結果會大幅度變化。李文博表示，如果嚴格採用與天體自轉相自洽的非球形模型，很多快速自轉行星與恆星內部的對流輸運效率會與前人的預期相差很大。他還指出，這一研究成果對天體熱演化、磁場發電機動力學等問題的影響將在後續同一系列的學術論文中深入探討。

論文鏈接：

李文博作為第一作者的論文“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)”

最近正式發表，請詳見連結：https://journals.aps.org/prfluids/abstract/10.1103/PhysRevFluids.7.103502