木星上也有水?來看看NASA「朱諾號」探測器的最新發現

2021-01-12 天文在線

本文參加百家號＃科學了不起＃系列徵文賽。

美國航天局「朱諾號」太空飛行器上的JunoCam成像儀捕捉到了這張木星赤道南部區域的照片。

該圖像是定向拍攝而成的，因此木星的兩極（不可見）從左至右分布在框架內。圖片來源：ASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M.Gill

這項任務首次公布了關於木星大氣中水含量的數據流，這是自1995年美國航天局的伽利略號任務以來，首次發現該氣態巨行星上存在水。美國航天局的朱諾號任務首次提供了關於木星大氣中水含量的科學結果。最近發表在雜誌《自然天文學》上的朱諾號探測結果估計，在木星赤道處水約佔大氣分子的0.25%，幾乎是太陽的三倍。這是自1995年美國航天局的伽利略號任務提出和太陽相比木星可能是極其乾燥的（這個對比並不是基於液態水，而是基於液態水中存在於太陽中的氧和氫）以來，首次發現該氣態巨行星上含有豐富的水資源。

幾十年來行星科學家們一直希望能準確地評估木星大氣中水的總量。氣態巨行星的這個數據代表了太陽系形成之謎中一個重要的缺失部分。木星很可能是第一個形成的行星，並且它包含了大部分沒有被太陽吸收的氣體和塵埃。

關於它的形成理論是根據地球所吸收的水量而決定。水的豐富度同樣對這個氣態巨行星的氣象(氣流如何在木星上流動)和內部結構具有重要意義。儘管由旅行者號和其他探測器在木星上所探測到的閃電——一種典型的由水氣引起的現象——暗示著水的存在，但對木星大氣層深處的水的量的準確估計仍是難以做到的。

在這張木星赤道區域的由JunoCam拍攝的照片中出現了厚厚的白雲。在微波頻率下，這些雲顯得很透明，這使得朱諾探測器的微波輻射計可以測到木星大氣層深處的水。這張照片是在2017年12月16日朱諾號飛越木星時所拍攝的。

1995年12月，在「伽利略」號探測器向木星表面下降後，向地球進行了一次長達57分鐘的數據傳輸，它用無線電發出了分光計的測量數據，測量了這顆氣態巨行星大氣中深度約為75英裡(120公裡)處的水的量，那裡的大氣壓達到了每平方英寸約320磅(22巴)。研究這些數據的科學家們失望地發現，水量比預期少了十倍。

更令人驚訝的是:在測量到的最大深度下，伽利略探測器測量到的水的量似乎仍在增加，這個深度遠低於理論認為大氣應該很好混合的深度。在混合良好的大氣中，整個地區的水的量是恆定的，更有可能是代表全球的平均水平;換句話說，它更可能是整個木星的水的量的一個體現。但同時結合地面望遠鏡獲得的紅外線地圖，結果表明探測任務可能只是運氣不好，在木星上採集了一個異常乾燥和溫暖的氣象點。

聖安東尼奧西南研究所朱諾號木星探測器的首席研究員斯科特·博爾頓說：「正當我們認為我們已經解決了問題時，木星提醒我們還有很多東西需要了解。」 「朱諾號木星探測器有令人驚訝的發現：即使在雲層以下，大氣也沒有充分混合在一起，這是我們仍在嘗試解決的難題。沒有人會猜到整個星球水的含量變化會如此之大。」

從高空測量水的含量

朱諾號木星探測器於2011年發射了一顆旋轉式太陽能太空飛行器，由於已經有了伽利略探測器的前期經驗，這艘太空飛行器的主要目標定在測量木星上大部分區域的水的豐度。這次深空探測運用了一種全新的微波輻射計（MWR），它能用超過6根天線同時測量多個高度的大氣溫度。微波輻射計利用水吸收一定波長的微波輻射這一事實，這與微波爐快速加熱食物的原理相同。由於水和氨都能吸收微波輻射，因此所測得的溫度能夠用於推測深層大氣中的水和氨的含量。

朱諾號木星探測器的科研團隊收集並分析了前八次飛行器環繞木星搜集的數據，得出了這個發現。他們開始時把目光集中在木星的赤道區域，因為在赤道，即使在很深的地方，大氣也比其他地方混合得充分。

從它的軌道高度來看，輻射計也能夠收集到比伽利略探測器更深處50千米的大氣信息,那裡的氣壓大約480帕斯卡。

「我們發現木星赤道地區實際上的水含量比伽利略測量器所測出的要多，」來自加利福尼亞大學伯克利分校的朱諾科學家程立說。「因為木星的中緯度地區是非常特別的，我們還需要將這些測量結果與其他地區的水含量進行對比。」

向北

朱諾號木星探測器的五十三天軌道正在按預期緩慢的向北移動，它的每次飛行都使木星北半球的區域更加清晰。科學家團隊已經迫不及待看到木星的大氣水含量是如何隨著緯度和地區變化的了，以及通過富氣旋極點可以讓他們了解到這個天然氣巨頭的全球水資源的豐富程度。

朱諾號對木星的第24次科學飛行發生在2月17日。下一次科學飛行定於2020年4月10日。

「每次的科學飛行都是一次重要的探索。」博爾頓說，「木星上總是會有新的發現。朱諾木星探索器教會我們一件重要的事：我們需要通過和一個星球的近距離親密接觸去檢驗我們的理論。」

美國宇航局位於加利福尼亞州帕薩迪納的噴氣實驗室負責為聖安東尼奧西南研究所的首席研究員斯科特博爾頓執行朱諾任務。

朱諾是美國宇航局新疆計劃的一部分，該計劃由位於阿拉巴馬州亨茨維爾的美國宇航局馬歇爾航天飛行中心，為美國宇航局科學任務局管理。

義大利航天局提供了木星紅外極光圖和Ka波段翻譯系統。

洛克希德·馬丁公司在丹佛建造並控制太空船。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3.V，青春如此不羈，吟遊詩人沙丘，流淌的血液蘊含狠的氣息，Am I Wrong？-nasa

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