木星大紅斑發現水的跡象從水量可知木星如何形成

　　木星上的大紅斑其實是一個巨大風暴。

　　 　　近日,美國科學家藉助望遠鏡等設施,對木星的標誌性風暴——大紅斑進行觀測,在大紅斑深處發現了水的化學特徵。為了對這些結果進行佐證,該團隊使用了NASA「朱諾號」探測器提供的數據。木星上有多少水呢?研究人員表示,需要更多觀察才能找到答案。「朱諾號」任務科學家則稱:「木星的水量情況將告訴我們很多關於木星如何形成的信息。」

　　本報記者　任志方　整理　　　

　　對木星的探測越來越深入
　　相比登月,人類對木星的探索相對滯後。直到1973年,人類才首次開展飛往木星的航天任務,先驅者10號探測器成功飛越木星。當然,此次任務並無人類參與。
　　1972年3月2日發射的「先驅者10號」,是人類最先派到木星附近考察的使者。它攜帶十多種儀器,能執行多項觀測任務。「先驅者10號」經過1年9個月的艱難跋涉,穿過危險的小行星帶,越過木星周圍的強輻射區,在1973年12月3日與木星相會。它飛臨木星時,沿木星赤道平面從木星右側繞過,在距木星13萬千米的地方穿過木星雲層,拍攝了第一張木星照片。
　　隨後的「先驅者11號」經過1年8個月的漫長路程,於1974年12月5日到達木星附近,從木星左側4.2千米的地方飛過木星北極上空。它掠過木星雲層時,拍攝了300多張木星彩色照片,同時進行了各項科學考察。
　　為更深入解開木星之謎,美國於1989年10月18日發射了「伽利略」木星探測器,開始了對木星的專門探索。
　　「伽利略」由軌道器和子探測器組成。1995年7月13日,「伽利略」的子探測器與軌道器分離,同年12月8日以每小時17萬公裡的速度進入木星大氣層。在木星大氣層中飛行考察的75分鐘裡,它向運行在20萬公裡高的軌道器發回了探測數據,然後再由軌道器把數據發回地球。這是人類首次對木星大氣進行原位測量。
　　從「先驅者10號」到「伽利略號」,人類對木星的探索一直都是浮光掠影。目前,我們對木星的了解,僅局限於這是一顆擁有厚度1萬千米,超過地球大氣層10倍的行星。木星大氣成分主要是氫和氦,還有氨、甲烷等。由於木星的表面溫度在-140℃左右,所以儘管氫氣和氦氣不會因寒冷而液化,但氨和水分卻都凍結成顆粒狀,這就構成了木星的厚厚雲層。木星的表面除了條紋之外,還可看到呈卵圓形的「大紅斑」,大小、顏色和位置在不斷變化。
　　早期木星探測器發回的木星表面圖片,激起了人類的好奇心。天文學家對於木星的內部結構產生了兩種看法:一些人認為木星的大氣層非常厚,另一些則認為木星的大氣層像地球一樣只有薄薄的一層。
　　而木星內部和深部的情況,是無法通過對木星表面的遙感探測看到的。於是科學家想到了用探測器的飛行軌道數據,獲得木星的引力場數據,從而尋找木星大氣環流的影響因素。
　　帶著這樣的使命,「朱諾號」出發了。「朱諾號」由美國洛克希德·馬丁公司建造,宇航局下屬噴氣推進實驗室負責整個探測任務的運行。
　　木星距離太陽超過6.4億公裡,是地球與太陽距離的5倍。儘管距太陽如此遙遠,「朱諾號」的供電系統仍設計成太陽能電池板供電形式,因此它的能效設計要求極高。
　　2011年8月5日,「朱諾號」木星探測器發射升空。它於2016年7月4日進入木星軌道。它每年大約可繞木星運轉32圈,通過它的探測,科學家希望了解木星這顆巨行星的形成、進化和結構等。
　　在大紅斑中發現了水的跡象
　　那麼,截至目前,「朱諾號」給我們帶來了哪些驚人的發現?
　　「朱諾號」木星探測器到達此前飛船從未探索過的區域,對著名的木星風暴漩渦——大紅斑進行了最新的數據收集與調查。
　　大紅斑是木星表面最著名的特徵性標誌,它其實是一團激烈的沿逆時針方向運動的下沉氣流,也就是一個巨大風暴,但它的規模無論是地球上還是地球附近都絕不可能見到,其長約25000千米,上下12000千米,可以鯨吞整個地球。迄今為止,這個大風暴已經「刮」了至少200年到350年,但卻完全沒有停歇過。科學家一直不清楚為什麼大紅斑能夠如此持久地存在,以及它的「根」究竟在哪裡。
　　團隊科學家分析探測器的觀測結果發現,這個木星巨型風暴其實從木星表面下探極深:木星表面的氣體進行著旋轉,形成了溫度極高的大漩渦,導致了木星大紅斑的出現,而該漩渦向木星內部「植入」極深,深度可達349千米,是地球海洋深度的50倍至100倍——以我們地球上的太平洋為例,平均深度為4000多米。
　　同時,研究人員還在大紅斑中發現了水的跡象。通過觀察3個不同雲層的證據,其中最深雲層的壓強為5到7巴(bar,公制壓力單位)。木星的高度以巴來計算,因為它沒有與地球相似的可以用來測量高度的固體表面。在約5到7巴或160千米深處,科學家相信那裡的氣溫已達到水的冰點。
　　研究人員認為,他們確定的3個不同雲層中的最深雲層確實由冰凍水組成。而且,理論和計算機生成的模型也都支持他們關於木星上存在「豐富」水的發現。
　　但木星上有多少水呢?研究人員表示,需要更多觀察才能找到答案。NASA「朱諾號」任務科學家史蒂芬·列文說:「木星的水量情況將告訴我們很多關於木星如何形成的信息。」
　　另外,如果「朱諾號」未來的觀測證實木星上存在水,並詳細繪製水的分布和總量,那它也可能幫助確定土星、天王星等天然氣體巨行星上是否有水。
　　木星也有閃電,是地球閃電的翻版
　　除了大紅斑,研究人員還初步揭示了木星閃電的成因。
　　自從1979年3月「旅行者1號」探測器掠過木星後,科學家就一直對木星閃電的起因感到迷惑。雖然科學家早在幾個世紀前就從理論上推斷出木星存在閃電,但只在那次邂逅後才確認木星閃電確實存在。
　　「旅行者1號」發回的數據顯示,與木星閃電有關的無線電信號與地球閃電產生的無線電信號在細節上存在差異。但NASA「朱諾號」木星探測飛船任務小組的科學家發現,木星閃電實際上是地球閃電的翻版,雖然兩種閃電處於相反的極地。
　　「朱諾號」飛船高度靈敏的儀器組合中,有一件是微波輻射探測儀(MWR),可以記錄頻譜範圍很廣的木星無線電信號。「朱諾號」在最初8次飛越時收集的數據,檢測到了377次閃電放電,頻率與地球的閃電相同。
　　雖然此次發現顯示木星閃電非常類似地球閃電,但科學家們也指出,木星閃電和地球閃電還是有很大不同。木星很多閃電活動出現在木星兩極,在赤道卻沒有。但這在地球上是不可能的。
　　這是因為,木星繞太陽運行的軌道比地球遠5倍,因此接收的陽光比地球少25倍。雖然木星大氣層的熱量大多數來自木星本身的熱量,但這不能說太陽輻射沒有用。太陽輻射確實提供了熱量,對木星赤道的加熱作用大於對兩極的加熱,這與地球類似。

本稿件所含文字、圖片和音視頻資料，版權均屬

齊魯晚報

所有，任何媒體、網站或個人未經授權不得轉載，違者將依法追究責任。