美國(guó)宇航局(NASA)圍繞木星運(yùn)行的朱諾探測(cè)器的新發(fā)現(xiàn)提供了一幅更全面的圖景，說明這顆行星獨(dú)特而多彩的大氣特征如何為其云層下不為人知的過程提供線索。這些結(jié)果強(qiáng)調(diào)了環(huán)繞木星的云帶和云區(qū)、木星的極地氣旋以及大紅斑的內(nèi)部運(yùn)作情況。

　　研究人員周四在《科學(xué)》雜志和《地球物理研究：行星》雜志上發(fā)表了幾篇關(guān)于朱諾大氣層發(fā)現(xiàn)的論文。其他論文出現(xiàn)在最近的兩期《地球物理研究通訊》上。

　　NASA 行星科學(xué)部主任 Lori Glaze 說：“朱諾號(hào)的這些新的觀測(cè)結(jié)果為木星神秘的可觀測(cè)特征打開了一個(gè)新的信息寶庫(kù)。每篇論文都揭示了該行星大氣過程的不同方面--這是我們的國(guó)際多元化科學(xué)團(tuán)隊(duì)如何加強(qiáng)對(duì)我們太陽系理解的一個(gè)絕好例子。”

　　朱諾號(hào)在 2016 年進(jìn)入木星的軌道。迄今為止，在航天器 37 次飛越這顆行星的過程中，一套專門的儀器在其動(dòng)蕩的云層下面進(jìn)行了觀察。

　　“以前，朱諾號(hào)給我們帶來了驚喜，暗示木星大氣層中的現(xiàn)象比預(yù)期的要深，”來自美國(guó)西南研究院的朱諾號(hào)首席調(diào)查員、《科學(xué)》雜志關(guān)于木星渦旋深度論文的主要作者 Scott Bolton 說。“現(xiàn)在，我們開始把所有這些單獨(dú)的碎片放在一起，并首次真正了解木星美麗而劇烈的大氣層是如何運(yùn)作的--以 3D 方式。”

　　朱諾號(hào)的微波輻射計(jì)(MWR)使任務(wù)科學(xué)家能夠在木星的云頂之下進(jìn)行窺視，并探測(cè)其眾多渦旋風(fēng)暴的結(jié)構(gòu)。這些風(fēng)暴中最有名的是被稱為大紅斑的標(biāo)志性反氣旋。這個(gè)深紅色的風(fēng)暴的直徑比地球還大，自從近兩個(gè)世紀(jì)前被發(fā)現(xiàn)以來，一直吸引著科學(xué)家。

　　新的結(jié)果顯示，氣旋在頂部更溫暖，大氣密度更低，而在底部更冷，密度更高。反氣旋，其旋轉(zhuǎn)方向相反，頂部更冷，但底部更暖。

　　研究結(jié)果還表明，這些風(fēng)暴比預(yù)期的要高得多，一些風(fēng)暴延伸到云頂以下 60 英里(100 公里)，而其他風(fēng)暴，包括大紅斑，延伸到 200 多英里(350 公里)。這一驚奇的發(fā)現(xiàn)表明，旋渦覆蓋的區(qū)域超出了水凝結(jié)和云層形成的區(qū)域，低于陽光溫暖大氣的深度。

　　大紅斑的高度和大小意味著大氣質(zhì)量在風(fēng)暴中的集中可能會(huì)被研究木星重力場(chǎng)的儀器探測(cè)到。朱諾號(hào)在木星最有名的地方進(jìn)行了兩次近距離飛越，提供了搜索風(fēng)暴重力特征的機(jī)會(huì)，并補(bǔ)充了 MWR 關(guān)于其深度的結(jié)果。

　　隨著朱諾號(hào)以大約 13 萬英里/小時(shí)(20.9 萬公里/小時(shí))的速度在木星的云層上低空飛行，朱諾號(hào)的科學(xué)家們能夠使用美國(guó)宇航局的深空網(wǎng)絡(luò)追蹤天線，在超過 4 億英里(6.5 億公里)的距離上測(cè)量每秒 0.01 毫米的速度變化。這使研究小組能夠?qū)⒋蠹t斑的深度限制在云頂以下約 300 英里(500 公里)。

　　NASA 噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的朱諾號(hào)科學(xué)家、《科學(xué)》雜志上一篇關(guān)于大紅斑重力飛越的論文的主要作者 Marzia Parisi 說：“在 2019 年 7 月的飛越期間，獲得大紅斑的重力所需的精度是驚人的。能夠補(bǔ)充 MWR 在深度上的發(fā)現(xiàn)給了我們極大的信心，未來在木星的重力實(shí)驗(yàn)將產(chǎn)生同樣耐人尋味的結(jié)果。”

　　云帶和云區(qū)

　　除了氣旋和反氣旋之外，木星還以其獨(dú)特的云帶和云區(qū)而聞名--白色和紅色的云帶，環(huán)繞著木星。以相反方向移動(dòng)的強(qiáng)勁的東西向風(fēng)將這些帶子分開。朱諾號(hào)之前發(fā)現(xiàn)，這些風(fēng)，或稱噴流，深度約為 2000 英里(大約 3200 公里)。研究人員仍在試圖解開噴射流如何形成的謎團(tuán)。朱諾的 MWR 在多次經(jīng)過時(shí)收集的數(shù)據(jù)揭示了一個(gè)可能的線索：大氣層中的氨氣與觀察到的噴流明顯一致地上下移動(dòng)。

　　以色列魏茲曼科學(xué)研究所的研究生、《科學(xué)》雜志關(guān)于木星上類似于費(fèi)雷爾細(xì)胞的論文的主要作者 Keren Duer 說：“通過跟蹤氨氣，我們?cè)诒卑肭蚝湍习肭蚨及l(fā)現(xiàn)了性質(zhì)類似于費(fèi)雷爾環(huán)流圈(Ferrel cell)的環(huán)流圈，它們控制著我們?cè)诘厍蛏系拇蟛糠謿夂?。地球每個(gè)半球有一個(gè)費(fèi)雷爾環(huán)流圈，而木星有八個(gè)--每個(gè)至少大 30 倍。”

　　朱諾的 MWR 數(shù)據(jù)還顯示，在木星水云下約 40 英里(65 公里)處，云帶和云區(qū)經(jīng)歷了一個(gè)過渡。在淺層，木星的帶子在微波光中比鄰近的區(qū)域更亮。但是在更深的層次，在水云下面，情況正好相反--這揭示了與我們海洋的相似性。

　　英國(guó)萊斯特大學(xué)的朱諾號(hào)參與科學(xué)家、《地球物理研究》雜志上這篇論文的主要作者 Leigh Fletcher 說：“我們把這一層稱為'Jovicline'，以類比地球海洋中的一個(gè)過渡層，即所謂的溫線--海水從相對(duì)溫暖急劇過渡到相對(duì)寒冷。”

　　極地旋風(fēng)

　　朱諾號(hào)之前在木星的兩極發(fā)現(xiàn)了多邊形排列的巨大旋風(fēng)風(fēng)暴--在北方有八個(gè)八角形排列，在南方有五個(gè)五角形排列?，F(xiàn)在，五年后，任務(wù)科學(xué)家利用航天器的木星紅外極光成像儀(JIRAM)的觀測(cè)，確定這些大氣現(xiàn)象具有極強(qiáng)的彈性，保持在相同的位置。

　　羅馬國(guó)家天體物理研究所的朱諾號(hào)共同研究員、最近發(fā)表在《地球物理研究快報(bào)》上的一篇關(guān)于木星極地氣旋的振蕩和穩(wěn)定性的論文的主要作者 Alessandro Mura 說：“木星的氣旋相互影響運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致它們圍繞一個(gè)平衡位置進(jìn)行振蕩。這些緩慢振蕩的行為表明，它們有很深的根源。”

　　JIRAM 的數(shù)據(jù)還表明，就像地球上的颶風(fēng)一樣，這些氣旋想要向極地移動(dòng)，但是位于每個(gè)極地中心的氣旋將它們推回。這種平衡解釋了氣旋所處的位置和每個(gè)極點(diǎn)的不同數(shù)量。
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