木星是太阳系中最大的行星,直径是地球的11.2倍,体积是地球的1300多倍。与地球不同,木星没有固体表面,是一颗气体行星。它的大气层极其厚重,从云顶到粘稠的液态氢世界大约有3000公里,以至于我们很难看到云下隐藏着什么。
朱诺探测器
不过,科学家总有办法。凭借大量的观测设备,他们还是可以获得大量木星内部结构的信息。特别是在2011年,美国宇航局向木星发射了著名的朱诺探测器。历时五年飞入太空数亿公里,2016年抵达木星周围。
迄今为止,朱诺近距离探测木星37次,获取了大量信息。当地时间10月28日,美国科学家将朱诺带来的一些重要成果发表在《科学》期刊上,向人们展示了木星云层下的神秘世界。
朱诺为什么会有这么强大的功能?这是因为它有一个非常强大的科学载荷——微波辐射计(MWR)。
MWR有6个独立的辐射计,可以检测到6个不同云层发出的微波信号。它的最大穿透深度可以达到相当于1000倍地表大气压的深度,在木星云层以下约550公里处。
有了这种探测,人类对木星大气层的认识不再局限于表面的二维尺度,而是从三维空间有了全面的分析和认识。
无论是大小、惊人的持续时间,还是能量的来源,大红斑都让科学家们充满了好奇。
朱诺的数据显示:木星上的气旋顶部和底部有比较明显的差异,顶部较暖和大气密度较低;底部比较冷,密度高一点。虽然大红斑是反气旋,但温差恰恰相反,顶部较冷,底部较暖。
此外,木星表面风暴的高度也比科学家想象的要大。普通风暴可以延伸到木星云顶以下约100公里的高度,像大红斑这样的大型风暴甚至可以达到木星表面以下350公里。
这样的发现更有意义。根据有关大红斑大小和高度的最新数据,科学家们发现大红斑集中了更多的大气质量,这意味着我们可以利用用于研究木星重力场的仪器对它进行研究。
朱诺两次短距离飞越大红斑,利用其引力科学载荷研究大红斑的引力特性红斑除了观察和分析,这也算是一种“另辟蹊径”的研究方法。
这个引力科学有效载荷不是单独使用的,还需要与美国宇航局位于地球表面的深空网络(DSN)系统配合使用。这个设施的精确度有多惊人?科学家介绍:朱诺以每小时20.9万公里的速度飞越木星大红斑。然而,在6.5亿公里外的地球上,科学家们却可以检测到它每秒0.01毫米的速度变化!
正是通过如此精确的测量,科学家们将大红斑的深度锁定在了云顶以下500公里的位置。
其他风暴除了大红斑等风暴,木星的波纹带也非常有名,值得关注。在木星上,有白色和红棕色条纹的圆圈。从内部喷出的东西向阵风区分了两条彩色条带。在此之前,朱诺发现木星上的这些强风非常深,甚至可以达到3200公里,相当于地球半径的一半!
哪里来这么大的风?
科学家通过朱诺的微波辐射计发现,木星大气层中氨气的方向与这些喷流一致,两者之间可能存在联系。
研究人员指出,在木星的南北半球,他们都发现了类似地球“费雷尔细胞”的现象。这是一种间接热力循环,在地球气候中起着非常重要的作用。所不同的是,地球上只有2个费雷尔涡旋,而木星上一共有8个,每一个都比地球上的大30倍!
极地风暴
在木星的两极,还有其他的风暴。它们虽然没有大红斑那么可怕,但也很诡异。例如,2016年,朱诺号在木星北极发现了8个奇怪的风暴,呈八角形环绕北极;而在南极,还有另外5个风暴以五边形围绕着南极。
时隔五年,美国宇航局科学家再次使用朱诺的木星红外极光成像仪(JIRAM)对这里进行观测,发现这些风暴仍然停留在原来的位置.
罗马国家天体物理研究所的亚历山德罗穆拉,朱诺任务的共同研究员,解释说:“木星上的气旋影响彼此的运动,使它们围绕平衡位置振荡。”
在旋转的同时,这些气旋还试图接近木星的两个极点。然而,两极附近的其他气旋将它们推回并最终相互平衡,这就是木星两极气旋的数量和位置不同的原因。
总结
多年来,关于木星的一切都深深吸引着所有的科学家和科学爱好者。在它的大气层下潜伏着一个可怕的世界仍然是个谜。即使进行了这项研究,我们仍然对木星的内部几乎一无所知。人类可能需要很多很多年才能破解木星的秘密。
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