【原】“朱諾”即將告訴我們：它在木星上到底發(fā)現(xiàn)了什么,？

天文在線 2023-04-08 發(fā)布于云南

展開全文

哪怕是漫不經(jīng)心的觀測者，也能看出木星的復(fù)雜,。我們太陽系的標(biāo)志性特征之一,，木星“大紅斑”，其實是有著2-3倍地球大小的持續(xù)風(fēng)暴,；此外我們還可以毫不費力地觀測到木星上的風(fēng)暴云帶,，這些現(xiàn)象都無疑顯示出了木星的復(fù)雜程度。

人類經(jīng)過對“大紅斑”接近兩百年的觀測,，早就知道木星上正發(fā)生著一些非比尋常的事情,。但“朱諾”探測器到達(dá)之后，我們發(fā)現(xiàn)木星可能比想象中更令人震驚,。

“很多我們以前從沒料到過的事,，正在木星上實實在在地發(fā)生著，因此我們不得不后退一步,，重新思考木星的面貌,。”-----“朱諾”項目首席研究員,，美國西南研究所（Southwest Research Institute）斯科特·博爾頓（Scott Bolton）

“朱諾”到目前為止傳回地球的木星圖片都令世人驚嘆,，搶盡風(fēng)頭,。雖然這些壯觀的照片讓我們浮想聯(lián)翩，但“朱諾”歸根到底是一項科研任務(wù),，“科學(xué)”才是它的核心,。

圖解：這只是我們?nèi)粘？吹降谋姸嗄拘敲利悎D片之一,。美國宇航局邀請了許多對此感興趣的市民來處理“朱諾”拍攝到的照片,，而且圖片使用權(quán)對所有人開放。NASA / SwRI / MSSS / Gerald Eichst?dt / Seán Doran ? public domain

“朱諾”探測器于2016年7月抵達(dá)木星,，并在同年8月27日第一次向地球傳回數(shù)據(jù),。這次數(shù)據(jù)傳輸中，“朱諾”下降到了離木星云頂不到4200公里的高度,，而傳回地球的數(shù)據(jù)也刊登在了《科學(xué)》和《地球物理研究快報》雜志上,。

總的來說，“朱諾”傳回的數(shù)據(jù)證實了一些我們只憑遠(yuǎn)距離觀測所做的假設(shè)：木星世界,，風(fēng)暴狂獵,、復(fù)雜動蕩。

“去往木星的旅程無比漫長,，但初步探測結(jié)果表明,，這次探索非常值得?！?----戴安·布朗(Diane Brown),，“朱諾”項目主管

美國宇航局華盛頓總部的“朱諾”項目主管戴安·布朗言道：“我們很高興能與大家分享這些初步發(fā)現(xiàn)，它們會幫助我們進(jìn)一步了解木星的迷人之處,。去往木星的旅程無比漫長,，但初步結(jié)果表明，這次探索非常值得,?！?/span>

木星的磁場

人類很久之前就知道木星擁有太陽系中最強的磁場，事實上,，我們正是根據(jù)木星的磁場設(shè)計出“朱諾”探測器,，并制定了本次探索任務(wù)的輪廓?！爸熘Z”的磁強計(MAG)近距離測量了這顆巨型氣態(tài)行星的磁層,，測量結(jié)果表明，木星磁場比預(yù)期的還要強,，而且磁場的形狀也非常不規(guī)則,，磁場強度為7.66高斯，比地球強10倍。

磁場如此不規(guī)則,，說明它應(yīng)該產(chǎn)生于比人們猜想中還要更接近地表的地方,。地球磁場產(chǎn)生于地核的旋轉(zhuǎn)，但是木星的磁場“起伏不均”,，某些區(qū)域的磁場比其他地方強,，因此科學(xué)家推測，木星磁場的產(chǎn)生位置可能在金屬氫層之上,。

圖解：“朱諾”第一次傳回的數(shù)據(jù)表明,，木星的強磁場產(chǎn)生于比人們設(shè)想中還要更接近地表的地方，有可能在金屬氫層之上,。圖片來源: 凱爾文松的作品,，- CC BY-SA 3.0, https://commons./w/index.php?curid=31764016

“'朱諾’給了我們近距離觀察木星磁場的機會?！?---杰克·康納尼,，“朱諾”項目副首席研究員

工作于美國航天局戈達(dá)德太空飛行中心（Goddard Space Flight Center）的“朱諾”項目副首席研究員，同時也是木星磁場探測任務(wù)的負(fù)責(zé)人,，杰克·康納尼表示：“'朱諾’給了我們近距離觀察木星磁場的機會,，這是以前從未有過的,。我們發(fā)現(xiàn)木星磁場起伏不均,，有些地方較強，有些地方較弱,，這種分布不均表明,，木星磁場很可能是在金屬氫層之上的更接近地表處，由'發(fā)電機作用’產(chǎn)生的,。'朱諾’每次飛越木星,，都讓我們朝著確定木星'發(fā)電機作用’發(fā)生的位置和原理更近一步?！?/span>

木星大氣層

“朱諾”號搭載有微波輻射計（MWR）來探測木星厚厚的大氣層,。無論是表層大氣還是更深層大氣，它都可以探測到其中的熱微波輻射,。微波輻射計收集到的數(shù)據(jù)顯示,，木星風(fēng)暴帶本身就是復(fù)雜的謎。

圖解：這位藝術(shù)家的插圖展示了“朱諾”微波輻射計深入觀測木星大氣時的場景,。這幅圖片按波長順序,，展示了來自六個微波輻射計渠道的真實數(shù)據(jù)。來源: NASA/SwRI/JPL

木星赤道附近的云帶延伸到大氣深處,，但在其他地方,，云帶似乎會衍變轉(zhuǎn)化成其他結(jié)構(gòu)。微波輻射計可以探測到深入大氣層幾百公里處，它發(fā)現(xiàn)隨著大氣深度的增加,，氨含量變化很大,，不斷增加。

極地和極光

在木星兩極,，極光活動非常強烈,。“朱諾”號的任務(wù)之一就是研究極光以和產(chǎn)生極光的強極地磁場,。它的初步觀測表明,，木星極光的成因與地球非常不同。

“朱諾”研究磁層和極光時正處于特殊的軌道位置上,。拉長的極地軌道讓它能觀測到從弓形激波到木星本身的整個磁層,。

圖解：在執(zhí)行任務(wù)的過程中，“朱諾”相對于木星的軌道傾角會發(fā)生變化,，從而使它深入木星的強輻射帶,，這給了“朱諾”研究木星磁層結(jié)構(gòu)的能力。來源: NASA/JPL-Caltech

有一篇詳細(xì)刊寫了關(guān)于木星磁層和極光的原始數(shù)據(jù)的文章講到,，“朱諾”的許多觀測結(jié)果都“與地球結(jié)構(gòu)相似”,，但其他一些卻是木星獨有，地球上沒有對應(yīng)現(xiàn)象,。

“……一個與地球完全不同的,，木星與其空間環(huán)境相互作用的概念模型?！薄?017年J.E.P.康納利等人合寫的論文

正如作者在摘要中所寫,，“我們觀察到了等離子體從電離層上涌的現(xiàn)象，這提供了一種讓木星能產(chǎn)生磁層的機制,。與主要極光有關(guān)的磁場定向電流的弱點,，以及極冠中電子輻射的廣泛分布性質(zhì)，表明木星與其空間環(huán)境相互作用的概念模型與地球存在根本的不同,?！?/span>

極地風(fēng)暴

“朱諾”的望遠(yuǎn)鏡還發(fā)現(xiàn)木星大氣層具有一些令人困惑的特征。木星兩極密集分布著與地球一般大小的漩渦風(fēng)暴,。人類至今為止也從未長期觀測過這些風(fēng)暴,，所以關(guān)于它們還存在許多未解之謎。

“我們很困惑它們（這些風(fēng)暴）是如何形成的,，它們的結(jié)構(gòu)有多穩(wěn)定,，為什么木星的南北極看起來如此不同?！薄爸熘Z”首席研究員,，西南研究所斯科特·博爾頓

博爾頓說：“我們很困惑這些風(fēng)暴是如何形成的，它們的結(jié)構(gòu)有多穩(wěn)定，還有為什么南北極看起來如此不同,。我們有很多疑問,，這些風(fēng)暴是動態(tài)的嗎？會不會我們看到的只是其中一個階段,，明年它們就會消失,？又或者這些風(fēng)暴其實是穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，只是在彼此之間循環(huán)轉(zhuǎn)化,？”

圖解：木星兩級的密集風(fēng)暴是這顆氣態(tài)巨星的另一個迷,。這張圖片中，足有地球大小的南極氣旋正相互碰撞,。圖源: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Betsy Asher Hall/Gervasio Robles

“大紅斑”：“朱諾”的下一個目標(biāo)

為了完成既定目標(biāo),，“朱諾”的軌道非常接近云頂，在那里它可以執(zhí)行很多科學(xué)任務(wù),。但它的軌道距離木星也很遠(yuǎn),，因此每隔五十三天，“朱諾”就會降低軌道高度,，來進(jìn)行觀測并收集數(shù)據(jù),。

“每隔五十三天，我們都會為木星尖叫,，隨后又被目前的木星科學(xué)澆一頭冷水,，但每次都有新的發(fā)現(xiàn)?！薄爸熘Z”首席研究員,，西南研究所斯科特·博爾頓

博爾頓說：“每隔五十三天，我們都會為木星尖叫,，隨后又被目前的木星科學(xué)澆一頭冷水，但每次都有新的發(fā)現(xiàn),。下一次飛越將于今年進(jìn)行,，這次'朱諾’將會直接飛越整個太陽系最具標(biāo)志性的特征之一——肯定每個學(xué)生都知道——就是木星'大紅斑’。如果有誰能弄清這些巨大的深紅色漩渦云頂之下到底在發(fā)生著什么,，那一定是'朱諾’和它那些能穿透云層的科學(xué)儀器,。”