奇異的閃電冰雹，包含氨水的雲層，木星大氣到底有何秘密？

簡介：搞不清的棕色氣旋帶

圖解：神秘之處就在此圖中，木星極地氣旋外圍的雲是逆時針旋轉的，而氣旋的中心是順時針旋轉的。這幅圖由朱諾卡姆成像儀在木星雲層上方約18000英里（28567公里）的高度拍攝。公民科學家傑拉爾德·艾希斯特對影象進行了處理，以增強顏色和對比度。圖源：NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

自2016年7月以來，“朱諾號”木星探測器就一直在收集這顆氣態巨行星內部的資料。它最新的一些發現涉及到該行星大氣中的“熱點”。

25年前，美國宇航局向太陽系最大行星的大氣層發射了史上第一個探測器。但是，在“伽利略號”探測器試圖降落木星表明時，它傳回的資訊讓人不禁撓頭：它所進入的大氣層比科學家預期的要更密、更熱。“朱諾號”探測器最新的資料表明，這些“熱點”比預期的要寬得多，也深得多。12月11日，美國地球物理聯盟於秋季會議的線上媒體簡報會上，披露了在木星“熱點”上的發現，並介紹了木星極地氣旋的最新情況。

“巨行星的大氣層很深，沒有像地球那樣的固態或液態基礎。”聖安東尼奧西南研究所的“朱諾號”首席研究員斯科特·博爾頓說，“要想深入瞭解木星內部的當前狀態，那就得關注雲層之下的世界。 “朱諾號”就是在做這項工作，最近它剛剛完成了對木星的第29次近距離科學觀測，揭示了古老奧秘的同時，也提出了新問題——涉及到包括木星在內的所有氣態巨行星。”

圖解：2017年2月到2020年11月之間某時刻的木星南極氣旋。由美國宇航局“朱諾號”探測器搭載的的木星紅外極光繪圖儀收集。圖源：NASA/JPL-Caltech/SwRI/ASI/INAF/JIRAM

最近，“朱諾號”破解了一個困擾科學家們很久的謎團，其源自於“伽利略號”在1995年12月7日傳回的時長57分36秒的資料。透過無線資訊傳輸，科學家們判斷其周圍是乾燥多風時，震驚之餘，又得到一個推斷：重75磅（34公斤）的探測器降落到了木星大氣中一個相對罕見的“熱點”——橫穿木星北赤道地區區域性的大氣“沙漠”。但是“朱諾號”配備的微波儀器的結果顯示，整個木星北赤道帶——在赤道上方環繞木星的寬廣的、棕色的氣旋帶——是極其乾燥的。

圖解：木星上的高空電風暴。圖源：NASA

言下之意，這些熱點可能不是孤立的“沙漠”，而是進入木星大氣中一個廣闊區域的視窗，這個區域可能比其他區域更加炎熱乾燥。“朱諾號”的高解析度資料顯示，這些木星熱點與木星雲層的斷裂有關，因而我們能一瞥木星的深層大氣。同時還說明，這些周圍滿是雲層和活躍風暴的熱點，正在助長“朱諾號”最近發現的高空放電現象，該現象又被稱為“淺層閃電”。它正是謎團的一部分。在大氣層寒冷的上部，當氨與水混合時，就會出現“淺層閃電”。

“在大氣層的高處，可以看到淺層閃電，這裡的水和氨結合在一起，將對‘朱諾’的微波儀器隱身。這裡是一種特殊的，我們稱之為‘蘑菇球’的冰雹形成的地方，” “朱諾”的合作研究者，法國尼斯的蔚藍海岸大學的特里斯坦·吉洛特說，“這些蘑菇球變得很重，掉進大氣層，留下一大片氨和水都耗盡的區域。一旦蘑菇球融化蒸發，氨和水就會變回氣態，‘朱諾’便又能監測到它們了。”

圖解：木星上“淺層閃電”和“蘑菇球”的演化過程。圖源：NASA/JPL-Caltech/SwRI/CNRS

木星天氣報告

去年“朱諾”團隊報告了木星的南極氣旋。當時，“朱諾”搭載的木星紅外極光繪圖儀捕捉到了一個新氣旋的影象，它試圖加入圍繞南極巨大中心氣旋旋轉的五個既定氣旋。

圖解：這些來自美國宇航局“朱諾號”的影象顯示了木星“熱點”的三種檢視——木星雲層的斷裂口，我們也得以一瞥木星的深層大氣。這些照片由朱諾卡姆成像儀在2020年9月16日飛船第29次近距離飛越木星時拍攝。圖源：NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

“第六個氣旋，這個群體中的嬰兒，似乎正在改變南極的幾何結構——從五邊形變成六邊形。” 博爾頓說，“很可惜，它的嘗試失敗了；旋風寶寶被踢了出去，逐漸遠離，最後消失。”

圖解：“朱諾號”探測器本身是個動態工程奇蹟，三個巨型葉片從其六稜柱主體向外延伸約66英尺（20米），又由於圍繞木星形成了橢圓形軌道，透過旋轉即可保持自身穩定。在太陽系之眼上可檢視完整的互動式體驗。圖源：NASA

目前，對於這些巨大的極地渦旋是如何形成的，為什麼有些渦旋很穩定，而有一些在不斷出生、生長，然後迅速消亡，研究團隊尚未達成共識。大氣模型的研究工作還在繼續，但目前沒有一個模型能夠完整地解釋所有現象。要想弄清環極氣旋問題，新的風暴是如何產生、演變的，它是否被接受，都要重點關注，它們能夠從整體上解釋這類巨行星大氣層的性質原理。

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加州理工學院的下屬機構，位於加利福尼亞州帕薩迪納的噴氣推進實驗室，負責聖安東尼奧西南研究所首席研究員斯科特·博爾頓的“朱諾”任務。“朱諾”是美國宇航局“新疆界計劃”的專案之一，該專案由位於阿拉巴馬州亨次維的馬歇爾航天飛行中心管理，由華盛頓的。丹佛的洛克希德·馬丁航天公司建造並運營著這艘航天器。

BY: Tony Greicius

FY:夢裡花

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