太空望遠鏡和宇宙飛船聯合探測木星大氣層深處

美國國家航空航天局的哈勃空間望遠鏡以及夏威夷雙子座地面望遠鏡聯合朱諾太空飛行器一起探測太陽系最猛烈的風暴，這些風暴發生在5億多英裡外的巨大行星木星上。

由麥可· 王帶領的加利福尼亞大學伯克利分校研究團隊包括了來自馬裡蘭州綠帶城美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心的艾米·西蒙和同樣來自伯克利的伊姆克·德帕特。他們將哈勃和雙子座在多重波長下的觀察發現與朱諾飛行器軌道上的木星近景圖結合起來，以深入了解這顆遙遠星球上波雲詭譎的天氣。

王說：「我們想要了解木星的大氣層是如何運作的。」而這正是朱諾、哈勃和雙子座的聯合協作發揮作用的地方。

無線「燈光秀」

相比於地球的風暴，木星的連續風暴更為龐大，其伴隨著從地面到天空40英裡高的雷暴（地球常規雷暴的5倍）和擁有地球最大「超級閃電」三倍多能量的強大閃電。

正如地球上的閃電,木星的閃電束也像無線發射器一樣，在劃破天空的同時發送出無線電波以及可見光。

每53天，朱諾飛行器就會在在風暴團上方低飛，和它賽跑，來偵察被稱做「天電」和「吹哨人」的無線信號。被捕捉到的無線信號甚至可以接著被用於在木星白天的一面和閃電無法被看到的深雲團上繪製閃電。

每在同一路線時，哈勃和雙子座兩兩遠望，拍攝作為解釋朱諾飛行器近距離觀察發現關鍵的木星高解析度全球視圖。西蒙解釋道：「朱諾飛行器的微波輻射儀器通過偵測可以穿透深厚雲層的高頻無線電波來深入探索木星的大氣層。而哈勃和雙子座的數據可以告訴我們那些雲層有多厚以及我們有多深入觀察那些雲層。」

通過將朱諾飛行器探測到的閃電映射到由哈勃拍攝的木星光學圖像和雙子座同時拍到的紅外熱成像圖上，研究團隊已經能夠證明閃電的爆發和雲團結構的三種組合有關：由水構成的深雲團，溼潤氣流上升引起的大型對流雲塔（本質上是木星雷暴雲），以及可能是由對流雲塔外乾燥氣流的下沉而形成的晴朗雲區。

哈勃望遠鏡的數據顯示了對流雲塔中密集雲團的高度以及深水雲團的深度。雙子座望遠鏡的數據則清晰展現了高雲層中的空白區，而深水雲團很有可能在那裡被看到。

王認為在一種被稱作褶皺纖維狀雲區的湍流區中，閃電是很常見的，這表明溼對流正在其中發生。他說道：「這些氣旋性渦旋可能是內部能量煙囪，來從對流中幫助釋放內在能量。這樣的情況並不普遍，但是這樣的氣旋似乎是在促成對流的形成。」

將閃電和深水雲關聯起來的能力也為研究人員提供了另一個估算木星大氣層含水量的方法，這對於理解木星以及其他氣體巨星和冰巨星是如何形成的，還有太陽系作為一個整體是如何因此形成的十分重要。

雖然之前的太空任務已經收集了一些關於木星的資料，但很多細節仍然成謎，包括深層大氣層含有多少水，熱氣到底是如何從內部流出的，以及是什麼導致了雲層的某些顏色和圖案。 這些問題的整合答案能夠幫助人們深入了解大氣動力學和大氣層的三維空間結構。

「鬼火」大紅斑

隨著哈勃和雙子座在朱諾任務中對木星進行更為頻繁的觀察，科學家們也因此能夠研究一些像大紅斑的短期變化和出現短暫圖案等的現象。

此次朱諾飛行器拍攝的以及之前木星任務中的圖片揭示了大紅斑中深色圖案的出現，消失以及變化。單看一組圖片並不能明確知道這些現象是否是由高雲層中的一些神秘黑色物質導致的，又或者它們其實是高層雲團中的一些洞，就像是通往下面更深、更暗雲團的窗戶。

而現在，通過對比哈勃和雙子座在數小時之內拍攝到的可見光學圖像和紅外熱成像圖，再來回答這些問題是可能的。可見光下的深色區域在紅外線下非常亮眼，這表明他們實際上就是雲層中的洞。在無雲區域，木星內部以紅外光線的形式釋放的熱量得以自由遁入太空(不然就會被高層雲團擋住)，從而在雙子座的圖片中顯得明亮。

「就像是一簇鬼火，」王說到：「你在沒有雲的地方看它是明亮的紅外光線，但當雲密布時，它在紅外線下又是深色的。」

圖源：美國國家航空航天局，歐洲航天局，麥可·王及其團隊

上圖關於木星大紅斑的圖片是由哈勃太空望遠鏡和雙子座望遠鏡在2018年4月1日收集的數據製作的。通過將兩個不同的望遠鏡在幾乎同一時間拍攝的圖像整合起來，天文學家們得以確認大紅斑上的黑色圖案是雲層中的洞，而不是一堆暗物質。

左上（廣角）和左下（特寫）：哈勃拍攝到在木星大氣層的雲層中反射的陽光（可見光波長）顯示了大紅斑中的深色圖案。

右上：由雙子座在同一區域拍攝的紅外熱成像圖顯示了熱量是以紅外能量的形式釋放的。堆疊的冷雲層在圖片上顯示為深色部分，但云團中的空隙使得明亮的紅外射線得以從暖流層中釋放。

下中：哈勃拍攝的紫外線圖顯示了從大紅斑上霧霾層散射回來的陽光。大紅斑能夠在可見光下被看到是因為這些霾吸收了藍色光波。哈勃的數據顯示即使在較短的紫外光波下，這些霾仍在持續吸收。

下右: 在哈勃和雙子座數據合成的多重波長圖中，可見光是藍色的，熱紅外線是紅色的。將這些發現結合起來可以看出在紅外線下明亮的區域是雲層中的空隙，或是有較少阻擋內部熱量雲團的地方。

哈勃和雙子座的發現是為了給朱諾飛行器的第12次飛掠（近木點 12）提供寬廣的視角。

木星氣象追蹤者：哈勃望遠鏡和雙子座望遠鏡

哈勃和雙子座在支持朱諾任務中進行的木星定期拍攝證明了它在很多其他天氣現象研究中的價值，如風的模式變化，大氣波的特徵以及大氣中各種氣流的流通。

哈勃和雙子座能夠將木星作為一個整體來進行監測，並實時為朱諾的測量任務提供多種波長地圖參考，正如地球的氣候觀測衛星為美國國家海洋和大氣管理局的颶風追蹤器提供信息那樣。

「因為我們現在定期有來自不同觀測器和波長下的高解析度圖像，我們更夠學到比木星天氣更多的東西，」西蒙解釋道：「這就相當於是一個氣象衛星，我們也終於可以觀察氣象周期了。」

由於哈勃和雙子座望遠鏡的觀測對於解讀朱諾獲得的數據至關重要，王和他的同事西蒙、德帕特正努力讓其他研究團隊能夠更輕鬆地通過位於馬裡蘭，巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所的米庫爾斯基太空望遠鏡檔案館來獲取所有處理過的數據。

「重要的是我們成功收集了支持朱諾任務的龐大數據集。數據集的應用方法有太多了，以至於有一些我們甚至都不知道的。因此，我們要讓別人也能夠做這項研究，並且不用費勁心思地去想如何處理數據。」

作者: Rob Garner

FY: 麻裡麻裡轟

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