奇异的闪电冰雹,包含氨水的云层,木星大气到底有何秘密?

简介:搞不清的棕色气旋带

奇异的闪电冰雹,包含氨水的云层,木星大气到底有何秘密?

图解:神秘之处就在此图中,木星极地气旋外围的云是逆时针旋转的,而气旋的中心是顺时针旋转的。这幅图由朱诺卡姆成像仪在木星云层上方约18000英里(28567公里)的高度拍摄。公民科学家杰拉尔德·艾希斯特对图像进行了处理,以增强颜色和对比度。图源:NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

自2016年7月以来,“朱诺号”木星探测器就一直在收集这颗气态巨行星内部的数据。它最新的一些发现涉及到该行星大气中的“热点”。

25年前,美国宇航局向太阳系最大行星的大气层发射了史上第一个探测器。但是,在“伽利略号”探测器试图降落木星表明时,它传回的信息让人不禁挠头:它所进入的大气层比科学家预期的要更密、更热。“朱诺号”探测器最新的数据表明,这些“热点”比预期的要宽得多,也深得多。12月11日,美国地球物理联盟于秋季会议的线上媒体简报会上,披露了在木星“热点”上的发现,并介绍了木星极地气旋的最新情况。

“巨行星的大气层很深,没有像地球那样的固态或液态基础。”圣安东尼奥西南研究所的“朱诺号”首席研究员斯科特·博尔顿说,“要想深入了解木星内部的当前状态,那就得关注云层之下的世界。“朱诺号”就是在做这项工作,最近它刚刚完成了对木星的第29次近距离科学观测,揭示了古老奥秘的同时,也提出了新问题——涉及到包括木星在内的所有气态巨行星。”

奇异的闪电冰雹,包含氨水的云层,木星大气到底有何秘密?

图解:2017年2月到2020年11月之间某时刻的木星南极气旋。由美国宇航局“朱诺号”探测器搭载的的木星红外极光绘图仪收集。图源:NASA/JPL-Caltech/SwRI/ASI/INAF/JIRAM

最近,“朱诺号”破解了一个困扰科学家们很久的谜团,其源自于“伽利略号”在1995年12月7日传回的时长57分36秒的数据。通过无线信息传输,科学家们判断其周围是干燥多风时,震惊之余,又得到一个推断:重75磅(34公斤)的探测器降落到了木星大气中一个相对罕见的“热点”——横穿木星北赤道地区局部的大气“沙漠”。但是“朱诺号”配备的微波仪器的结果显示,整个木星北赤道带——在赤道上方环绕木星的宽广的、棕色的气旋带——是极其干燥的。

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图解:木星上的高空电风暴。图源:NASA

言下之意,这些热点可能不是孤立的“沙漠”,而是进入木星大气中一个广阔区域的窗口,这个区域可能比其他区域更加炎热干燥。“朱诺号”的高分辨率数据显示,这些木星热点与木星云层的断裂有关,因而我们能一瞥木星的深层大气。同时还说明,这些周围满是云层和活跃风暴的热点,正在助长“朱诺号”最近发现的高空放电现象,该现象又被称为“浅层闪电”。它正是谜团的一部分。在大气层寒冷的上部,当氨与水混合时,就会出现“浅层闪电”。

“在大气层的高处,可以看到浅层闪电,这里的水和氨结合在一起,将对‘朱诺’的微波仪器隐身。这里是一种特殊的,我们称之为‘蘑菇球’的冰雹形成的地方,”“朱诺”的合作研究者,法国尼斯的蔚蓝海岸大学的特里斯坦·吉洛特说,“这些蘑菇球变得很重,掉进大气层,留下一大片氨和水都耗尽的区域。一旦蘑菇球融化蒸发,氨和水就会变回气态,‘朱诺’便又能监测到它们了。”

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图解:木星上“浅层闪电”和“蘑菇球”的演化过程。图源:NASA/JPL-Caltech/SwRI/CNRS

木星天气报告

去年“朱诺”团队报告了木星的南极气旋。当时,“朱诺”搭载的木星红外极光绘图仪捕捉到了一个新气旋的图像,它试图加入围绕南极巨大中心气旋旋转的五个既定气旋。

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图解:这些来自美国宇航局“朱诺号”的图像显示了木星“热点”的三种视图——木星云层的断裂口,我们也得以一瞥木星的深层大气。这些照片由朱诺卡姆成像仪在2020年9月16日飞船第29次近距离飞越木星时拍摄。图源:NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

“第六个气旋,这个群体中的婴儿,似乎正在改变南极的几何结构——从五边形变成六边形。”博尔顿说,“很可惜,它的尝试失败了;旋风宝宝被踢了出去,逐渐远离,最后消失。”

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图解:“朱诺号”探测器本身是个动态工程奇迹,三个巨型叶片从其六棱柱主体向外延伸约66英尺(20米),又由于围绕木星形成了椭圆形轨道,通过旋转即可保持自身稳定。在太阳系之眼上可查看完整的交互式体验。图源:NASA

目前,对于这些巨大的极地涡旋是如何形成的,为什么有些涡旋很稳定,而有一些在不断出生、生长,然后迅速消亡,研究团队尚未达成共识。大气模型的研究工作还在继续,但目前没有一个模型能够完整地解释所有现象。要想弄清环极气旋问题,新的风暴是如何产生、演变的,它是否被接受,都要重点关注,它们能够从整体上解释这类巨行星大气层的性质原理。

更多相关信息

加州理工学院的下属机构,位于加利福尼亚州帕萨迪纳的喷气推进实验室,负责圣安东尼奥西南研究所首席研究员斯科特·博尔顿的“朱诺”任务。“朱诺”是美国宇航局“新疆界计划”的项目之一,该项目由位于阿拉巴马州亨次维的马歇尔航天飞行中心管理,由华盛顿的。丹佛的洛克希德·马丁航天公司建造并运营着这艘航天器。

BY: TonyGreicius

FY:梦里花

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投稿时间:2021-05-01  最后更新:2021-05-16

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