圍繞海王星深色的光環是怎麼產生的?

2020-12-21 鵬楊科普

歡迎大家收看本期的鵬楊科普,1989年在離開地球12年後,旅行者2號成為了第1艘造訪海王星的太空飛行器,那時人們對這顆行星所知甚少,科學家們只是預測了它的存在,並沒有實際觀測到它,當旅行者2號飛越的時候它拍攝下了海王星的首批照片,向人類展示了一個中央帶有巨大深色斑點的光滑藍色圓球,這個深色斑點之後發現是一場大風暴,科學家們猜測海王星的大風暴應該和木星的大紅斑類似,已經持續了超過350年,5年後哈勃望遠鏡再次觀測到了海王星,當科學家們收到畫面時他們驚訝的發現海王星上那個深色的斑點竟然完全消失了,在本期文章中我們就來了解這些巨大的風暴是如何形成的,我們還將了解木星的大紅斑,以及它為什麼可能在我們有生之年消失。

地球上有記錄持續時間最長的風暴是1994年的颱風「約翰」, 它前後持續了31天,持續風速的最高強度達到了每小時280公裡,路徑橫跨太平洋,行進距離超過13000公裡,儘管以地球的標準來看,這是一場巨大的風暴,但與海王星和木星持續數年甚至數百年的風暴相比簡直是小巫見大巫,在地球上颶風起源於海上蒸發的暖溼水汽,這些水汽形成了密集的雲後,會釋放熱量到空氣中,在合適的條件下這就形成了一個低壓區,暖空氣上升冷空氣從底部被吸進去,由於地球在赤道附近的自轉線速度更大,流向低壓區的氣體開始偏移,推動颶風開始旋轉,颶風通常會在遇到陸地後開始消散,如果缺失了暖溼水汽的持續供給,也就無法讓它繼續保持旋轉。

與地球上的典型氣旋不同,木星的大紅斑是反氣旋,它在一個高壓區域周圍形成,大紅斑的動力來自於兩側的氣流,這兩股氣流使風暴不斷旋轉,但同時也阻止了它在行星上四處移動,地球上的風暴是由太陽的熱量驅動的,而木星上的風暴動力則來自於它自身高達27,700攝氏度的金屬氫內核散發的熱量,並且木星是氣態行星,它沒有所謂的海洋或者陸地這種屏障,上升的熱流和快速移動的雲讓大紅斑的邊緣風速可以高達每小時680公裡,海王星上的風暴形成於和木星類似的大氣深處的高壓區,在形成黑點之前的高壓區域,經常可以看到白色的甲烷雲,當海王星上的風暴逐漸成長為完全體時,邊緣風速可以達到每小時2100公裡,是全太陽系最劇烈的風。

與木星大紅斑不同的是海王星上的風暴可以滿星球的到處跑,也因為如此它會受到周圍強大的側風影響而消散,因此海王星上各地的風暴通常只能持續幾個月到幾年不等,由於從地球上更容易觀測到木星,我們對大紅斑的觀測可以追溯到很久以前,1665年天文學家卡西尼首次發現了木星大紅斑,從那以後人類一直在觀測它並見證它的演變,不過這些觀測表明這場象徵木星標誌的風暴可能快要結束了,當19世紀的人們觀察它的時候,大紅斑有4萬公裡長,14,000公裡高,那時它的大小能裝下2~3個地球,但是當旅行者1號在70年代末飛過的時候,它的大小已經縮小到幾乎原來的一半,哈勃望遠鏡最近的觀測顯示,該風暴目前正以每年1000公裡的速度縮小,這意味著到2030年它可能會完全消失。

除了在縮小以外,大紅斑的變化還包括主體看上去在被分解成更小的氣流,顏色也在變深,科學家們認為風暴正在接近木星的高層大氣,大紅斑的頂部會受到更多紫外線的照射,讓其中的化學物質發生變化使顏色變深,但是就像我們無法準確預測地球上的天氣一樣,這些巨大風暴的背後還有很多我們不知道的事情,就像當人類首次發現海王星的深色斑點時,科學家們以為它和木星的大紅斑一樣存在了幾個世紀,來自朱諾號的探測發現,大紅斑頂部的溫度超過1300攝氏度也比我們預料的要高,對於大紅斑而言,雖然說長期的觀測顯示它正在縮小,有人認為它會在不遠的將來甚至消失,但也有天文學家認為雖然它變小了,但實際上並沒有變弱,我們看到的變化只不過是木星正常的天氣而已,畢竟我們對它的觀測才幾百年,這個時間跨度或許對它來說只是滄海一粟,我們有生之年依然會看到它在遠方一直凝視著太陽系,感謝大家的收看,更多精彩內容,請持續關注鵬楊科普。

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