木星大紅斑:你可知我「眼」中飽含的秘密?

2021-01-13 原理

「朱諾」木星探測器已經在太陽系裡最大的行星——木星周圍運行了一年多的時間。在這段時間裡，它使用最先進的儀器和成像儀拍攝了木星雲頂、地極和不同地區帶的圖片。飛到了比以往任何太空飛行器都更接近木星的距離對其進行探測。朱諾配備了八種不同的儀器，每種都被設計用於觀測木星大氣層的不同屬性，再加上一個被稱為JunoCam的成像儀，使得我們能對木星的漩渦和滾動的雲層進行前所未有的清晰成像。


7月11日，朱諾從直徑長達1.6萬公裡的"木星之眼"上空飛過時，與雲頂的距離只有大約9000多公裡。美國航天局也在最近發布了「朱諾」探測器拍攝到的木星大紅斑的圖片。將收集到的原始圖片數據公開後，很快便有一大批有才華的「公民科學家」迅速對圖像進行了處理。於是一張張有著紅色雲層的漩渦和中央深紅色「核心」的木星大紅斑圖片便呈現在我們眼前。圖片中顯示的細枝末節清晰得令人驚嘆，蓬蓬的雲，還有渦流所投射的陰影，甚至還有大紅斑邊緣細密的波紋，都被一一呈現。


△前所未有的細節揭示在大紅斑的核心。（圖片來源： NASA / SwRI / MSSS / Gerald Eichstädt / Seán Doran）


我們對大紅斑的外貌特徵並不陌生，它存在的時間已經很久，它的大小也變化了很多倍。但對我們來說，它仍然有許多未解的奧秘。探尋這些奧秘也正是朱諾的使命，或許在它的幫助下，大紅斑的層層神秘面紗終將被揭開。


 它存在多久了？


大紅斑是一個非常「長壽」的大漩渦。早在維多利亞時期，就有天文學家就發現了木星上的這個紅色斑塊，因此它應該已經存在了很久很久了。 17世紀的天文學家羅伯特·胡克和喬凡尼·卡西尼的觀察表明了類似的特徵，因此它可能已經存在將近四個世紀、甚至更長時間了。是什麼讓它存在這麼長時間，便是科學家想要藉助這次的觀測探尋的一個問題。


△ 基於1880年11月1日觀測的木星繪製圖。（圖片來源：Science）


 逐漸縮小的大紅斑是否正邁向消亡？


根據多年來從各個地面天文臺和太空天文臺觀測到的數據來看，我們早就知道大紅斑變小的這件事。旅行者1號探測器在1979年測量到的紅斑直徑約為2.5萬公裡，而這個數字現在已經減小到了1.6萬公裡，但仍比地球直徑寬1.3萬公裡。


大紅斑縮小的過程並非連續，也不均衡。在2012年到2014年間，它經歷了一段快速的萎縮期，但看來它似乎已經在目前的大小上日趨穩定。但科學家不確定大紅斑最終是否會徹底消失，還是永久的留在木星之上。


△ 38年前由旅行者號探測器拍攝的大紅斑，整個風暴被拉伸得更寬更長。（圖片來源：NASA / JPL / Björn Jónsson / Seán Doran）


 是什麼為它提供動力？


大紅斑在木星的赤道與南熱帶間像球一樣滾動，該區域內的大氣噴射流能充當較小的風暴群、渦旋和渦流的輸送帶。但是，如果這些小風暴不幸與大紅斑相遇，則會被它捲入吞沒。科學家推測，這些小的氣旋或許能為大漩渦的轉動提供所需的額外能量和角動量（轉動能被鎖定在軌道運動和旋轉中），但目前還不能確定這種推測是否正確。


在紅斑中發現的氣體和雲的混合物表明在大漩渦的中心有一股強大的上升流，這股上升流可以源源不斷的向上運送熱量以維持渦流。新得到的高解析度的圖像顯示風暴的核心為深紅色，其中所包含的更多清晰的細節，將能讓我們更詳細的了解大紅斑核心處的動態。


△ 朱諾在9000公裡外拍攝的大紅斑。（圖片來源：NASA / SwRI / MSSS / Gerald Eichstädt / Seán Doran）


 它有多深？


如果你不知因何原因不幸的飛到了這個漩渦風暴的邊緣，那麼你將被卷進這個漩渦並會繞著漩渦轉悠大約3.5天的時間。大紅斑與颶風並不完全相同，在它的底下並沒有能為其提供維持能量的海洋，沒人知道大紅斑的中心有多深。


科學家不禁地想：它只是一個出現在上層雲層裡的現象嗎？還是說它是從木星的內部釋放出的化學物質，因此才會穩定的存在這麼多年？結合朱諾拍攝到的圖片和它的微波和引力儀器的觀測結果，將可以告訴我們大紅斑真正延伸的深度。


 為什麼是紅色的？


儘管已經進行了幾十年的行星探索，但我們仍不知道木星雲頂的氣體是如何反應才創造出這個紅色的大斑。它的顏色並不總是紅色，有時候它會變成橙色，有時是三文魚粉，或鏽棕色色調。這些不同的顏色可能與太陽光分解了風暴中由上升流的帶來的物質有關。這些化學物質可能是含有硫、磷的化合物和碳氫化合物，這可能會導致其呈現出紅顏色。 更精準的結果需要結合朱諾拍攝到的新圖像與其儀器的觀測到的結果進行分析，從而揭開大紅斑顏色之謎的這層神秘面紗。


 它的核心是熱的嗎？


在雲頂的大紅斑溫度是較低的，因為空氣在渦流中上升、擴張和冷卻。這種冷卻會導致氣體凝結成冰，在風暴高處形成厚厚的雲層。然而熱紅外成像顯示，大紅斑的中心部分溫度較高。這個溫暖的區域與新圖像中顯示的最深的紅色雲彩重合，可能是由風的停滯引起。那麼大紅斑的核心部分能告訴我們這個風暴在深處是什麼樣子嗎？如果能，那麼雲層地下的溫度大約是多少呢？我們等著朱諾的微波觀測來為我們揭曉答案。


原作：L Fletcher & E Bunce

編譯：孤笑


原文連結：

https://theconversation.com/six-mysteries-of-jupiters-great-red-spot-80829

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  • 木星大紅斑的特殊象徵意義
    當人們關注木星時，大多離不開它特殊的標記——大紅斑。木星大紅斑位於木星南半球的南回歸線上，是一個巨大的逆時針旋轉的漩渦，據相關研究，大紅斑已存在數百年了。 為了突出木星大紅斑的體量規模，如果將地球皮膚——地殼展開，貼到木星大紅斑上面，面積幾乎恰好相當。所以，從等量替換的角度而言，木星大紅斑漩渦相當於地球洋陸漩渦，用計算機術語來講，木星大紅斑相當於地球洋陸漩渦的鏡像，前者更接近平面直觀，後者似乎立體難辨。
  • 木星大紅斑的秘密,其實是被太陽曬出來的
    木星大紅斑是木星表面的標誌性特徵之一。
  • 木星大紅斑
    太空人認識這是更深的紅色來自如何獲取硫和氨粒子從更深處的木星的大氣層中。這些化學物質開始是黑的之後會變亮當它們暴露在太陽光下的時候。木星上小風暴通常是白色的，當它們變大的同時也會變暗。形成的紅斑jr.風暴當它成長地巨大且劇烈的時候，從白色變至紅色。
  • 木星大紅斑「變臉」 ,你我有生之年內或許再也看不見了!
    木星大紅斑是木星表面的特徵性標誌，是木星上最大的風暴氣旋，長約25000千米，上下跨度12000千米，每6個地球日按逆時針方向旋轉一周，經常捲起高達8千米的雲塔。自從17世紀天文學家首次觀測到此風暴，大紅斑至少已存在200到350年。它已經改變了顏色和形狀，但卻從來沒有完全消失過。
  • 在你我的有生之年,木星大紅斑很可能將永遠消失!
    如果有機會，好好多看看著名的木星大紅斑吧。要知道，這巨大的風暴氣旋正在日益萎縮，很可能在我們的有生之年會永遠消失。
  • 木星的大紅斑怎麼了?
    近年一些照片顯示木星那個漂亮的大紅斑似乎有被拆散的趨勢，「脫落」下來的小小紅色斑點四散開來，一些科學家開始擔心，大紅斑是不是在變小，以後會消失？木星大紅斑與地球的大小對比示意圖。發現細胞的英國物理學家胡克(Robert Hooke)最早在1665年發現了木星上的這塊大紅斑。直到1979年，人們通過兩艘太空船近距離飛過木星拍攝的照片，才了解到那是一塊漂浮在有地球幾倍大的渦流之上的紅色雲層。但是同時，科學家將紅斑區域與19世紀的照片對比，覺得只有當時的一半大，首次引發了紅斑是不是會消失的顧慮。
  • 木星之眼「大紅斑」或在20年內消失,對人類有影響嗎?
    木星是太陽系體積最大的行星，體積相當於地球的1300多倍。它吸引了太多人的關注，以至於上世紀70年代NASA發射的旅行者1號和2號，都在木星軌道中流連忘返。作為一個巨大的氣態行星，木星上的風暴從未停止，而造成這些風暴產生的根源，就是著名的木星「大紅斑」。
  • 研究發現,木星大紅斑的顏色源自太陽光
    一則研究顯示，如果不是因為太陽，木星上的大紅斑只會是這顆氣態巨行星上一個平平無奇的存在。這一說法與與大多數科學家對於為什麼這個地方看起來如此多彩的想法不同，即為什麼紅點看上去如此色彩斑斕：雲團中的許多特徵能給予紅斑特有的色度。將卡西尼號土星探測器上的觀測數據與研究室中的實驗相結合。
  • 木星大紅斑要消失了
    木星，是太陽系八大行星當中的龐然大物，它因表面有一個大紅斑而被世人所熟知。大約在350年前，也就是我們的大清國康熙9年，國外有個叫做羅伯特·虎克的人，第一次看到木星上的大紅斑1665年，法國天文學家發現木星有一條大紅斑並把它繪製成圖，終於引起了國際天文學界的注意，此後，至1713年，這條大紅斑在可見光的波段下斷斷續續的被觀測著。1973年，為探明木星真相，美國發射了無人勘測器——先鋒10號。經過1年零9個月的宇宙飛行，「先鋒10號」終於來到了木星附近，並拍攝到了木星外形的彩色照片發回地球。這些照片讓人們清楚地看到了木星上的大紅斑。
  • NASA:木星的「大紅斑」仍在變小
    這些圖像還揭示了木星大氣層中一種罕見的波紋結構，這種波紋已經有好幾十年沒有人見過了。這幅新地圖是天文學家計劃中的第一張照片，他們打算每年都給太陽系外側的那幾顆大行星繪製一張地圖，讓我們能夠重新審視那些遙遠的世界，幫助科學家研究它們如何隨時間變化。根據哈勃望遠鏡拍攝的照片繪製的木星新地圖，中間偏右是著名的大紅斑。圖片來源：NASA, ESA, A.
  • 木星大紅斑:不是害羞,是曬傷
    根據卡西尼探測器的觀測數據，天文學家認為木星大紅斑的顏色是簡單化合物在陽光照片下分解的結果，而非這個大氣旋從木星內部翻上來的物質。貝恩斯及其同事，同在JPL工作的鮑勃·卡爾森（Bob Carlson）和湯姆·莫馬裡（Tom Momary），利用卡西尼探測器2000年12月飛掠木星時發回的數據，再結合他們在實驗室裡進行的實驗，得出了這樣的結論。在實驗室裡，這些科學家用紫外線照射氨氣和乙炔這兩種已知存在於木星上的化合物，以模擬陽光對大紅斑極高空雲層裡這兩種物質的影響。結果，實驗中產生了某種紅色物質。
  • 為什麼木星有一個大紅斑?
    紅外線的長期資料顯示大紅斑在這顆行星上比其它雲彩更大且更冷（也意味著，高度較高），大紅斑的雲頂大約在周圍的雲層之上8km，而且，仔細的追蹤大氣中的特徵，回溯至1966年，顯露了大紅斑是逆時鐘旋轉的，並且從旅行者1號飛掠時拍攝的第一部微速攝影的影片獲得證實
  • 大紅斑、小紅斑,木星上演最大風暴之爭
    大紅斑會消失麼？注意，大紅斑正在消失。木星最著名的大氣「景點」-大紅斑，多年來持續變小。上世紀60年代我還是個孩子的時候，透過我那塊6英寸厚的埃德蒙反光鏡木星的大紅斑清晰可見，足足有三個地球大，但現在已經嚴重縮水。
  • 天文小科普：木星大紅斑
    太空人認識這是更深的紅色來自如何獲取硫和氨粒子從更深處的木星的大氣層中。這些化學物質開始是黑的之後會變亮當它們暴露在太陽光下的時候。木星上小風暴通常是白色的，當它們變大的同時也會變暗。形成的紅斑jr.風暴當它成長地巨大且劇烈的時候，從白色變至紅色。
  • 天文小科普:木星大紅斑
    木星的紅斑是太陽系最突出的特徵之一。這是一個和地球三倍一樣大小的巨大風暴。自從太空人第一次用望遠鏡看見它開始，它一直圍繞著木星雲層頂端肆虐。被稱為巨大紅斑的物質其實是由高壓反氣旋形成的風暴。這個風暴圍繞著這個星期在22度左右旋轉。太空人認識這是更深的紅色來自如何獲取硫和氨粒子從更深處的木星的大氣層中。
  • 木星「大紅斑」是颱風還是火山噴發？一起來分析吧
    木星(Jupiter)是太陽系八大行星中體積最大（半徑是地球的11倍，體積是地球的1321倍）、自轉最快的行星（赤道自轉周期為9小時50分30秒，兩極地區的自轉慢約5分鐘）。大紅斑就位於這條深暗色的低氣壓帶與南溫帶高氣壓帶之間，南側氣流向東，北側氣流緩慢向西，搓出一個反氣旋。大紅斑東西長約25000千米，南北跨度12000千米，雲頂比周圍的雲層高8千米，每6個地球日逆時針旋轉一周。大紅斑中心部分有個大小約幾百公裡的核，在反時針旋渦中順時針緩慢旋轉，看起來好像不動。橙紅色區域的溫度要比周圍高出三到四攝氏度。木星高空中的最高溫度區域也位於大紅斑上空。
  • 木星大紅斑最誇張時有多大?200年前出現過,現在卻可能要消失了
    這句話說的是商機，但是在現實生活中也是有道理的，風大了，別說豬，樹都能飛起來。不過，這也只是地球的風。如果放在木星，別說樹，樓都能飛起來。作為一顆氣體巨星，木星表面大氣可謂是波雲詭譎，十分活躍。在木星六百多億平方公裡的表面上，到處都是恐怖的氣旋。我們平時看到的木星表面的各種條帶，其實都是翻滾的雲層。
  • 一個你從未見過的大紅斑
    朱諾史無前例地近掠木星之眼。木星大紅斑的增強色照片。
  • 木星的大紅斑裡竟然發現了水!
    大紅斑進行觀測，在大紅斑深處發現了水的化學特徵。
  • 木星大紅斑正在變小?並沒有!
    今年早些時候，一些業餘天文學家發現了一個不尋常的異常對木星：大紅斑似乎被剝落，人們擔心的是這個星球上最可識別的特徵可能會消失。但是加州大學伯克利分校的物理學家菲利普·馬庫斯（Philip Marcus）表示不同。