NASA的朱诺探测器提供了木星大气的第一个3D视图

 

木星,朱诺号

  *木星云层的带状外观。这张合成图像显示了由双子星北望远镜和美国宇航局的哈勃太空望远镜分别拍摄的红外和可见光的木星图像。

来源:国际双子座天文台/NOIRLab/NSF/AURA/NASA/ESA, M.H. Wong和I. de Pater (UC Berkeley)等。

  美国国家航空航天局(NASA)环绕木星运行的“朱诺”号探测器的新发现,为这颗行星独特而多彩的大气特征提供了一个更全面的画面,为了解其云层下看不见的过程提供了线索。这些结果强调了木星云带及其内部运作,以及它的极地气旋,甚至是大红斑。

 

  研究人员今天(当地时间2021年10月28日)在《科学》和《地球物理研究杂志:行星》上发表了几篇关于“朱诺”号大气发现的论文。另外的论文发表在最近的两期《地球物理研究快报》上。

 

  “朱诺号的这些新观测结果为我们提供了一个宝库,里面有关于木星神秘的可观测特征的新信息,”NASA行星科学部主任洛里·格莱兹说。“每一篇论文都阐述了该行星大气过程的不同方面——这是一个很好的例子,说明我们的国际多样化科学团队如何加强对太阳系的理解。”

 

  朱诺号于2016年进入木星轨道。到目前为止,在飞船对火星的37次飞行中,每一次都有一套专门的仪器在其湍流云甲板下进行观测。

 

木星,朱诺号

*木星大红斑与地球比较。这张图结合了美国宇航局“朱诺”号飞船上的“朱诺相机”拍摄的木星图像和地球的合成图像,体现了木星大红斑的大小和深度。

来源:NASA/JPL-Caltech/SwRI/ mss;Kevin M. Gill (CC by)的JunoCam图像处理,NASA地球图片

 

  “此前,朱诺号给了我们一个惊喜,它暗示木星大气中的现象比预期的更深,”斯科特·博尔顿说,他是圣安东尼奥西南研究所的朱诺号的首席研究员,也是《科学杂志》上关于木星漩涡深度的论文的主要作者。“现在,我们开始把所有这些单独的碎片放在一起,第一次真正了解木星美丽而剧烈的大气层是如何工作的——用3D的方式。”

 

  “朱诺”号上的微波辐射计(MWR)可以让科学家们窥见木星云顶之下的情况,并探测其众多涡旋风暴的结构。这些风暴中最著名的是被称为大红斑的标志性反气旋。这个比地球还宽的深红色漩涡,自从大约两个世纪前被发现以来就引起了科学家们的兴趣。

 

  新的结果表明,气旋顶部较暖,大气密度较低,而底部较冷,大气密度较高。反气旋的旋转方向相反,顶部较冷,底部较热。

 

  这些发现还表明这些风暴比预期的要高得多,一些风暴延伸到云顶以下60英里(100公里),另一些,包括大红斑,则延伸到200多英里(350公里)深处。这一惊奇的发现表明,旋涡覆盖的区域超出了水凝结和云层形成的区域,低于阳光使大气层变暖的深度。

 

  大红斑的高度和大小意味着,研究木星重力场的仪器有可能探测到风暴内的大气质量浓度。朱诺号在这个木星最有名的地方进行了两次近距离飞越,为搜索风暴的重力特征和补充MWR关于其深度的结果提供了机会。

 

  随着朱诺号以大约13万英里/小时(20.9万公里/小时)的速度在木星的云层上低空飞行,朱诺号的科学家们能够使用美国宇航局的深空网络追踪天线,从超过4亿英里(6.5亿公里)的距离测量每秒0.01毫米的速度变化。这使研究小组能够将大红斑的深度评估限制在云顶以下约300英里(500公里)。

 

  “在2019年7月的飞越过程中获得大红斑的重力所需的精度是惊人的。”来自南加州美国宇航局喷气推进实验室的朱诺科学家、《科学》杂志上一篇关于大红斑重力飞越的论文的主要作者马齐亚·帕里西说。“能够补充MWR在深度上的发现,让我们非常有信心,未来在木星上的重力实验将产生同样有趣的结果。”

 

木星,朱诺号

  云带和云区

 

  除了气旋和反气旋之外,木星还以其独特的云带而闻名——白色和红色的云带,环绕着木星。以相反方向移动的强劲的东西向风将这些云带分开。朱诺号之前发现,这些风或喷流的深度约为2,000英里(约3,200千米)。研究人员仍在试图解开喷射流如何形成的谜团。朱诺号的MWR在多次经过时收集的数据揭示了一个可能的线索:大气层中的氨气与观察到的喷流方向惊人地一致。

 

  以色列魏兹曼科学研究所的研究生、《科学》杂志关于木星上类似费雷尔环流圈的论文的主要作者克伦·杜尔说:“通过跟踪氨,我们发现南北半球的环流圈在性质上与'费雷尔环流圈'相似,后者控制了我们在地球上的大部分气候。”“地球每个半球有一个费雷尔环流圈,而木星有八个——每个至少大30倍”。

 

  朱诺的MWR数据还显示,在木星水云下40英里(65公里)左右,云带经历了一个过渡。在浅层,木星的云带在微波光中比邻近的区域更亮。但是在更深的地方,在水云下面,情况正好相反——显示了与我们海洋的相似性。

 

  “我们称之为‘Jovicline’,类似于地球海洋中的过渡层,也就是所谓的温跃层,在这里海水从相对温暖急剧过渡到相对寒冷。”英国莱斯特大学参与“朱诺”项目的科学家利·弗莱彻说。

 

  极地气旋

  朱诺号之前在木星的两极发现了巨大气旋风暴的多边形排列——8个在北部呈八角形排列,5个在南部呈五角形排列。现在,五年过去了,执行任务的科学家们利用航天器上的木星红外极光绘图仪(JIRAM)的观测结果确定,这些大气现象非常有弹性,保持在相同的位置。

 

  “木星的气旋会影响彼此的运动,导致它们围绕一个平衡位置振荡,”罗马国家天体物理研究所“朱诺”号的联合研究员亚历山德罗·穆拉说。他最近在《地球物理研究快报》上发表了一篇论文,主要研究木星极地气旋的振荡和稳定性。“这些缓慢振荡的行为表明,它们的根源很深的。”

  JIRAM的数据还表明,就像地球上的飓风一样,这些气旋想要向极地移动,但位于每个极地中心的气旋将它们向后推。这种平衡解释了气旋的位置和在每个极点的不同数量。

 

  加州理工学院的一个分部JPL(喷气推进实验室)负责朱诺号任务的管理。朱诺号是NASA新领域计划的一部分。

 

  

 

 

  (独家编译:科幻世界)

 

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