朱諾發現木星的重力場是ASKEW

2021-01-13 博科園

【博科園-科學科普】自從它於2016年7月在木星周圍建立了軌道以來，「朱諾號」的任務一直在傳回有關該氣體巨人大氣、磁場和天氣模式的重要信息。每隔53天就會有一個被稱為「perijoves」的軌道，探測器揭示了更多關於木星的有趣事情，科學家們將依靠它來更多地了解木星的形成和演化。

一圈氣旋圍繞著木星的南極旋轉。圖片版權：NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Betsy Asher Hall/Gervasio Robles

在最近的一次測試中，探測器成功地提供了地球內部最詳細的數據。在這樣做的過程中，它了解到木星強大的磁場是askew，它在北半球和南半球有不同的模式。這些發現在10月18日在猶他州普羅沃舉行的美國天文學會行星科學分部第48次會議上發表。

自從天文學家開始用強大的望遠鏡觀測木星以來，他們就已經意識到木星的旋轉和帶狀外觀。這些彩色條紋的橙色、棕色和白色是木星大氣組成的結果，它主要由氫和氦組成，但也含有氨晶體和在陽光照射下改變顏色的化合物(aka)。chromofores)。

美國國家航空航天局(NASA)的「朱諾號」(Juno)太空飛行器發射主引擎減速，進入木星周圍的軌道。圖片版權：NASA/Lockheed Martin

直到現在研究人員還不清楚這些帶是否局限於大氣層的淺層，或者深入到地球內部。回答這個問題是「朱諾號」任務的主要目標之一，該任務一直在研究木星的磁場，以了解木星的內部大氣層是如何工作的。根據最新的結果，朱諾團隊得出結論，富氫氣體在地球上的深度不對稱

這些發現也在一項名為「比較木星內部結構模型與朱諾重力測量」的研究中提出，並在5月28日的《地球物理研究快報》上發表。這項研究由加州大學伯克利分校的研究生肖恩·瓦爾(Sean Wahl)領導，包括魏茨曼科學研究所(Weizmann Institute of Science)、西南研究所(SwRI)、美國宇航局戈達德太空飛行中心(Goddard Space Flight Center)和噴氣推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory)。

另一個有趣的發現是，木星的重力場因深度而異，這表明在3000公裡(1864英裡)處流動。結合之前的資料和這一最新數據表明，木星的核心是小的，這與木星之前的模型相一致，後者認為外層是氣態的，而內部的則是由金屬氫和巖石內核組成的。

正如Tristan Guillot——位於法國尼斯的蔚藍海岸天文臺的行星科學家，以及該研究的合著者——在會議期間指出的那樣：這是出乎意料的事情，不確定我們是否能夠看到…很明顯巨行星有很多秘密。

插圖顯示朱諾的微波輻射計正在深入地觀察木星的大氣層。該圖像顯示了由波長排列的6個MWR通道的真實數據。圖片版權：NASA/SwRI/JPL

當然需要更多的通行證和數據，以確定氣體的流動在不同深度的強度，這可以解決木星內部結構的問題。與此同時，朱諾號的科學家們正在對探測器的重力數據進行大量的研究，希望看到它能教給他們什麼。例如想知道這個大紅斑到amotpshere有多遠。

這種反氣旋風暴最早出現於17世紀，是木星最著名的特徵。除了足夠大到可以吞下整個地球——測量大約16000公裡(10,000英裡)的直徑——在它的邊緣風速可以達到每秒120米(432公裡/小時)。「朱諾」已經拍下了一些令人印象深刻的風暴照片，其他數據顯示風暴可能會持續深入。

事實上在2017年7月10日，「朱諾號」探測器在木星的第六軌道(約6次)中通過了9000公裡(5600英裡)的大紅斑。在它的八套科學儀器的指導下，探測器獲得了讀數，表明大紅斑也可以延伸數百公裡到內部，甚至可能更深。

正如加州理工學院(California Institute of Technology)的行星科學家戴維史蒂文森(David Stevenson)在此次會議上所說的那樣：目前尚不清楚它是否如此之深，將會出現在重力數據中。

木星的大紅斑，就像朱諾號宇宙飛船的JunoCam所拍攝的，距離大氣層只有9000公裡(5600英裡)。圖片版權：NASA/SwRI/MSSS/TSmith

朱諾在木星進入軌道後發現的其他重大驚喜包括在每根杆子上的氣旋群。探測器的儀器在可見光和紅外波段都能看到，因為它在行星上首次進行了機動，從極點到極點。由於「朱諾」號是歷史上第一個以這種方式繞地球運行的太空探測器，科學家們以前不知道這些風暴。

總的來說，朱諾在北極周圍發現了8個氣旋風暴，在南極附近有五個。科學家們特別驚訝地看到這些，因為計算機模擬表明由於地球旋轉的極地風，這樣的小風暴在兩極不會穩定。這個問題的答案，正如在演講中所指出的，可能與一個被稱為「漩渦晶體」的概念有關。

正如NASA噴氣推進實驗室的行星科學家和研究報告的合著者Fachreddin tabataba - vakili解釋的那樣，這樣的晶體是在微小的渦旋形成的時候形成的，當它們被嵌入的材料繼續流動時，這種晶體就會持續存在。這種現象在地球上以旋轉超流體的形式出現，而木星旋轉的兩極可能也有類似的動力。

在朱諾在木星周圍運行的短暫時間裡，它揭示了很多關於木星的大氣層、內部、磁場和內部動力學的信息。長在任務完成之後,將在2018年2月調查時撞上木星大氣層——科學家們可能會篩選獲得的所有數據,希望能解決任何剩餘的神秘的太陽系最大的和最巨大的行星。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

參考：Nature

作者：Matt Williams

來自：Universe Today

編譯：中子星

審校：博科園

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