朱諾號探測器揭開了木星的大氣謎團,得以一窺木星的深層大氣層

2020-12-22 老胡說科學

在這張動畫動圖中,木星一氣旋外圍的雲層逆時針旋轉,而氣旋核心則是順時針旋轉。拍攝這一動畫的朱諾攝像機拍攝於距木星雲層頂部28,567公裡的高度。25年前,美國宇航局向太陽系最大行星(木星)的大氣層發射了歷史上的第一個探測器。但是,伽利略號探測器在降落到木星時傳回的信息卻令人撓頭,它所墜入的大氣層比科學家們預期的要密集得多,溫度也更高。來自美國宇航局「朱諾」號宇宙飛船的新數據表明,這些「熱點」比預期得更廣更深。關於木星熱點的發現,以及木星極地氣旋的最新進展,於12月11日在美國地球物理聯盟的一場媒體簡報會上公布。

「木星的大氣層很深,沒有像地球那樣的固體或液體基底,」聖安東尼奧西南研究所朱諾號的首席研究員斯科特·博爾頓說。「為了更好地了解這些星球深處正在發生的事情,你需要觀察雲層下面。「朱諾」號最近完成了對木星的第29次近距離科學探測,正是這樣做的。太空飛行器的觀測為古老的謎團帶來了曙光,並提出了新的問題,不僅是關於木星,而且關於所有的氣態巨行星。」

「朱諾」號最近解開的一個長期存在的謎團,源自伽利略號在1995年12月7日發回的57分36秒的數據。當探測器用無線電發回乾燥多風的環境時,科學家們驚訝地將這一發現歸因於34公斤探測器落入了木星一個相對罕見的熱點(局部大氣「沙漠」,穿越木星北部赤道地區)的大氣中。但是「朱諾」號微波儀器的觀測結果表明,環繞木星的整個北赤道帶(一條寬闊的棕色氣旋帶)總體上是一個非常乾燥的區域。

這段延時視頻顯示了2017年2月至2020年11月期間木星南極的氣旋運動情況。這意味著,這些熱點可能不是孤立的「沙漠」,而是木星大氣層中一個廣闊區域的窗口,那裡可能比其他地區更炎熱、更乾燥。「朱諾」的高解析度數據顯示,這些木星上的熱點與木星雲層的破裂有關,讓人們得以一窺木星的深層大氣層。它們還顯示,在雲層和活躍風暴的兩側的熱點,正在產生最近被「朱諾」號發現的高空放電,也就是「淺閃電」。這些放電就是這個謎團的一小部分。

在大氣層的高處,水和氨結合在一起,可以看到淺閃電。這是一種特殊的冰雹形成的地方,研究人員稱之為『蘑菇』。這些蘑菇很重,會落到大氣深處,造成大片地區氨和水都枯竭,導致朱諾號看不見它們。一旦蘑菇融化和蒸發,氨和水又會變成氣態,朱諾就可以再次看到它們了。

這段動畫將觀眾帶入木星大氣層高空的一場大風暴中,一團糊狀的水氨顆粒(用綠色表示)下降穿過大氣層,收集水冰。這一過程產生了一種「蘑菇」——一種特殊的冰雹,由液態水和固態水組成。在大約10到60分鐘內(取決於它們的大小),這些蘑菇到達木星的深層,在水雲下面,它們在那裡迅速融化和蒸發。理論模型預測,這些蘑菇的直徑可以增長到10釐米,重達1公斤,下降過程中速度可達700公裡每小時。木星的天氣預報

去年,「朱諾」號科考隊報告了木星南極的氣旋。當時,朱諾的木星紅外極光成像儀捕捉到的圖像顯示,一個新的氣旋似乎試圖加入五個已建立的氣旋,這些氣旋圍繞南極的巨大中心氣旋旋轉。

第六次颶風是颶風群中最年輕的一次,它似乎改變了極地的幾何形狀,從五邊形變成了六邊形。目前,關於這些巨大的極地渦旋是如何形成的,以及為什麼有些渦旋看起來很穩定,而另一些則相對較快地誕生、成長、死亡,研究小組還沒有達成一致的理論。木星大氣模型的研究仍在繼續,但目前沒有一個模型似乎能解釋一切。新的風暴是如何出現、發展,以及是被接受還是被拒絕,是理解環極氣旋的關鍵,這可能有助於解釋這樣的巨型行星的大氣是如何運作的。

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