很難想像木星上的風暴強度，這個氣態巨星最明顯的大氣特徵——大紅斑，可能正在變小，但是在一百年以前，它的直徑約為40,000公裡（25, 000英裡），是地球直徑的三倍。
木星大氣的另一個特徵就是它巨大的雷暴雲砧：從最底部至最頂部高64千米，是地球上的雷暴雲砧的五倍。儘管美國航天局的朱諾號太空飛行器正不斷推進研究，但我們對土星大氣仍未透徹了解。這顆星球可能有許多奇怪的物質，如液態金屬氫層。
如今一組科學家正結合哈勃空間望遠鏡、雙子座天文臺和朱諾號太空飛行器的力量，來探測土星的大氣，和大氣中產生的那些令人敬畏的風暴。
「我們非常想了解木星大氣層的環流機制」——加州大學伯克利分校的麥可·王（Michael Wong）如是說。
麥可·王，來自加州大學伯克利分校，是這項工作的帶頭人。研究隊伍還包括伊姆克·德·帕特和艾米·西蒙兩人。前者也在加州大學伯克利分校工作，而後者西蒙來自美國國家航空航天局「戈達德」太空飛行中心（GSFC）。
該研究小組目前正在對由「朱諾號」衛星提供的木星近景照片和由哈勃太空望遠鏡以及雙子座天文臺提供的多波段成像照片進行合成和處理。他們的研究成果發表在《天體物理學雜誌：補充系列》上，論文題目為《2016-2019年木星的高解析度紫外線/光學/紅外線成像》」。
麥可·王在新聞稿中總結了該項目，並說：「我們非常想了解木星大氣層的環流機制。」
木星的大氣層處於一種持續混亂的狀態，風暴的規模使得地球上的風暴相形見絀。這些風暴包括巨大的閃電，其能量是地球上閃電的三倍多。幸運的是，這些閃電就像無線電發射器一樣，朱諾可以接收到他們。太空飛行器每53天執行一次木星近天體探測飛行任務。
朱諾號的繞木軌道因處於木星強有力的輻射帶，其形狀將是高度橢圓形的。當它靠近木星，可以「聆聽」來自木星風暴的信號。（圖源：美國宇航局/（噴氣推進實驗室）
在那些時期，它可以「聽到」閃電，以及它們無線電信號著名的"天電(sferics)"(「無線電大氣信號(radio atmospheric signals)」的縮寫)和"吹哨者"。科學家使用這些信號去繪製閃電的分布圖像，即使它們被木星巨大的大氣層深處遮擋住了。
哈勃望遠鏡和雙子座正在參與這個新的聯合觀測項目。每一次朱諾靠近木星並且聽到雷電的信號時，哈勃和雙子座就會捕獲這顆星球的圖像。這些圖像是解釋和理解朱諾數據的關鍵。
西蒙在一份新聞稿中解釋說：「朱諾的微波輻射計可以對木星產生的可穿透大氣層的高頻電磁波進行檢定和分析，從而使得我們能夠深入地研究木星大氣。來自哈勃太空望遠鏡和雙子座天文臺的數據告訴了我們木星的大氣厚度以及我們當前觀測的大氣深度。
雙子座天文臺的其中一個8.1米口徑望遠鏡，頭頂是銀河系。（圖源：雙子座天文臺/由喬伊·波拉德提供的大學天文研究聯合組織(AURA )圖片）
該小組的方法利用了哈勃可見光圖像和雙子座熱紅外圖像。圖像被合併，朱諾閃電被映射到圖像上。因此，科學家團隊展示了雷暴是如何「與雲層結構的三種方式結合在一起的：由水構成的深雲，由溼空氣上升流（基本上是木星的雷雨）引起的大型對流塔，以及可能由對流塔外乾燥空氣下降引起的晴朗區域。」
這幅圖表向我們展示了由朱諾號、哈勃空間望遠鏡、雙子星天文臺獲取的對木星雲層結構和大氣循環的觀測數據和說明。通過結合三者的數據，研究人員得以了解到閃電在湍流區（深水雲所在處、溼潤空氣上升形成類似於地球上積雨雲的對流塔）的聚集。對在木星大氣中的閃電、對流塔、深水雲、清朗區的底部描述是基於三者的數據，與哈勃和雙子星得出的圖譜細節相一致。觀測方式的混合可以運用到繪製三維雲圖並推斷大氣循環的細節信息。厚厚的堆積起來的雲由上升的溼潤空氣產生（上升的活躍對流）。清朗區因乾燥空氣下沉形成（沉降）。這些雲比在相對薄的地球大氣中的相似對流塔高出五倍。所述之處的範圍比美國大陸的三分之一還大些。
圖源：美國宇航局，歐航局，M.H. Wong（ 加州大學伯克利分校），A·詹姆斯，M·H·卡拉瑟斯（空間望遠鏡研究所），S·布朗（噴氣推進實驗室）
哈勃的數據顯示了對流塔中厚雲層的高度以及深水雲層的深度。雙子座的數據清楚地展示了高層雲的間隙，在那裡可以瞥見深水雲。
在新聞發布會上，wong教授解釋了研究小組的一些發現。他說在木星的大氣層中有一種區域叫做摺疊的絲狀區域。那是溼對流發生的地方，也是閃電常見的地方。「這些氣旋渦旋可能是有助於通過對流釋放內能的內能煙囪，」他說，「這種情況並非在所有地方都會發生，但這些氣旋似乎起到了促進對流的作用。」
一幅由朱諾號獲取的木星摺疊纖維區圖像，顯示了木星北半球大氣的激烈擾動。圖片來源： Image data: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS
該圖由Kevin M. Gill, CC BY處理。 木星是太陽系最大的行星，對其所知愈多也使得我們對太陽系了解更多。通過將閃電和深層含水雲相聯繫，研究人員可以更好地估測出木星大氣中的含水量，這點很重要，因為它在關於木星的形成過程上給了我們線索。不僅僅是木星，其他的巨型氣態行星甚至太陽系的形成線索也可見一斑。
儘管科學家們夜以繼日地研究木星，未知之處仍甚多，首先應該就是木星深層大氣的含水量。對於其內部的熱流塑造大氣的顏色和形狀的確切原因，我們也尚未知曉。通過這份努力，人們對木星大氣的構造方式和運動方式有了新的理解。
木星很可能是在太陽系外形成的，然後遷移到更靠近太陽的位置，最後到達當前軌道。木星的南極，拍攝於2017年12月16日朱諾飛越期間。圖片來源：NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS / David Marriott
木星最引人注目的特徵是「大紅點」（GRS），這是自1830年以來人們一直在關注的令人困惑的形狀。
由於木星受到哈勃望遠鏡和雙子座的關注，科學家們正在研究GRS的短期變化。天文學家反覆在天文望遠鏡中觀察GRS內部的暗色特徵。這項觀測計劃為天文學家提供了一個機會，可以更密切地觀察這些特徵。
上圖中的木星大紅斑是通過哈勃空間望遠鏡和雙子星天文臺的數據於2018年4月1日製作的。通過結合幾乎同時於兩者捕捉到的觀測數據，天文學家們得以確定那些在大紅斑上的深色部位是雲層中的洞而不是暗物質。
圖像來源：NASA, ESA, and M.H. Wong (UC Berkeley) and team.
事實證明，那些在可見光中出現的特徵與在紅外線中的正好相反：它們是明亮的斑點。這意味著它們實際上是雲層上的洞。來自木星深層的熱量通過雲層中的洞散發出來，這在雙子座的紅外圖像中很容易看到。「這有點像南瓜燈，」王說。 「你可以看到來自無雲區域的明亮的紅外線，但有雲的地方，在紅外線下是非常黑暗的。」這項研究概述了木星大氣的其他特點如何發揮其作用，特別是不同化學物質如何在大氣中循環，風向變化以及不同大小的旋風的性質。作者強調，哈勃、雙子座和朱諾號的聯合觀測能力能有效解開一些木星的秘密。
西蒙解釋說: 「因為我們現在經常通過幾個不同的天文臺和不同的波長獲得這些高解析度的圖像，我們對木星的天氣有了更多的了解。這相當於一顆氣象衛星。我們終於可以開始研究天氣周期了。」
對於王和團隊收集的數據，還有更多的科學研究需要做。 現在還沒有辦法預料到它可能帶來的所有發現。卡西尼探測任務的數據仍然引導著關於土星及其衛星的新發現，而朱諾探測任務結束後也同樣可能會有發現。這項研究背後的團隊正在使他們所有的數據可訪問，以便其他人可以在自己的工作中訪問數據。
「重要的是，我們已經設法收集了支持朱諾任務的龐大數據集。 它的應用多到我們甚至沒完全預料到。 因此，我們將使其他人能夠利用它進行科學研究，而不需要他們自己去研究如何處理數據。」王說。
作者：universetoday
FY：Astronomical volunteer team
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