美国国家航空航天局的哈勃太空望远镜和位于夏威夷的地面双子座天文台与朱诺号宇宙飞船合作,探测太阳系中最强烈的风暴,这场风暴发生在5亿英里以外的巨大行星木星上。
为首的一组研究人员Michael Wong在加州大学伯克利分校和包括美国宇航局戈达德太空飞行中心的艾米·西蒙在绿地,马里兰州和Imke·德·佩特的加州大学伯克利分校,从哈勃望远镜结合级和双子座的特写视图朱诺对怪物星球的轨道,获得新的见解的天气在这个遥远的世界。
“我们想知道木星的大气层是如何工作的,”Wong说。这就是“朱诺”、“哈勃”和“双子座”团队发挥作用的地方。
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木星持续不断的风暴与地球上的风暴相比是巨大的,从底部到顶部的雷暴达到40英里——比地球上典型的雷暴高出5倍——强大的闪电比地球上最大的“超级闪电”的能量高出3倍。
就像地球上的闪电一样,木星的闪电就像无线电发射器一样,当它们划过天空时,会发出无线电波和可见光。
每隔53天,“朱诺”号就会在风暴系统的低空飞行,探测到被称为“sferics”和“whistlers”的无线电信号,这些信号可以用来绘制闪电图,即使是在地球的白天,或者是在看不到闪电的云层深处。
每次经过木星时,
杏耀娱乐移动客户端下载。,哈勃和双子座都会从远处观察,捕捉到木星的高分辨率全球图像,这对解释“朱诺”的近距离观测至关重要。“朱诺号的微波辐射计通过探测可以穿透厚云层的高频无线电波,探测到行星的大气层深处。来自哈勃和双子座的数据可以告诉我们云层有多厚,我们能看到的云层有多深。”西蒙解释道。
通过将“朱诺”探测到的闪电映射到哈勃望远镜捕捉到的行星光学图像和“双子座”同时捕捉到的热红外图像上,研究小组已经能够表明,闪电爆发与云结构的三种组合有关:由水组成的深云、由潮湿空气上涌形成的大型对流塔(本质上是木星的雷雨云)以及可能由对流塔外干燥空气下涌形成的清晰区域。
哈勃的数据显示了对流塔中厚云的高度,以及深水云的深度。双子座的数据清楚地揭示了高层云的间隙,在那里可以瞥见深水云。
Wong认为闪电在一种被称为折叠的丝状区域的湍流区域中很常见,这表明潮湿的对流正在那里发生。“这些气旋涡旋可能是内能的烟囱,有助于通过对流释放内能,”他说。“并不是所有地方都发生了这种情况,但这些气旋似乎起到了促进对流的作用。”
将闪电与深水云层联系起来的能力也为研究人员提供了另一种工具,用于估算木星大气中的水量,这对于理解木星和其他气态和冰态巨星是如何形成的,以及整个太阳系是如何形成的,都是非常重要的。
虽然从以前的太空任务中已经收集了很多关于木星的信息,但许多细节——包括大气深处有多少水,热量是如何从内部流动的,以及是什么导致了云层中的某些颜色和图案——仍然是一个谜。综合结果提供了对大气动力学和三维结构的深入了解。
看到一个“南瓜灯”的红斑
由于“哈勃”和“双子座”在执行“朱诺”任务期间更加频繁地观察木星,杏耀苹果客户端科学家们也能够研究短期的变化和短暂的特征,比如大红斑。
从“朱诺”号发回的图像,以及之前的木星探测任务,揭示了大红斑内部的黑暗特征,这些特征随着时间的推移会出现、消失和改变形状。从个别图像来看,尚不清楚这些现象是由高空云层中某种神秘的深色物质造成的,还是高空云层中出现的空洞——下方更深、更暗的云层的窗口。
现在,有了比较哈勃望远镜拍摄的可见光图像和双子座卫星在数小时内拍摄的热红外图像的能力,就有可能回答这个问题了。可见光中较暗的区域在红外线中非常明亮,这表明它们实际上是云层中的空洞。在无云区域,从木星内部以红外光的形式释放出来的热量——否则会被高层云层阻挡——可以自由地逃逸到太空中,因此在双子座的图像中显得很明亮。
“这有点像南瓜灯,”黄说。“你可以看到明亮的红外光来自无云地区,但有云的地方,红外线就会变暗。”
哈勃和双子座是木星的天气追踪器
支持朱诺号任务的“哈勃”和“双子座”对木星的定期成像在许多其他天气现象的研究中也被证明是有价值的,包括风型的变化、大气波的特征和大气中各种气体的循环。
哈勃和双子座可以监测整个地球,提供多波长的实时基地地图,为朱诺号的测量提供参考,就像地球观测气象卫星为NOAA的高空飓风猎人提供背景一样。
西蒙解释说:“因为我们现在经常从几个不同的天文台和波长得到这些高分辨率的图像,所以我们对木星的天气了解得更多了。”“这相当于我们的气象卫星。我们终于可以开始研究天气周期了。”
因为哈勃和双子座的观测对于解释朱诺号的数据非常重要,杏耀苹果appWong和他的同事Simon和de Pater正在通过位于马里兰州巴尔的摩市的太空望远镜科学研究所的太空望远镜档案(MAST),使其他研究人员可以很容易地访问所有处理过的数据。
“重要的是,我们已经设法收集了支持朱诺号任务的庞大数据集。数据集有如此多的应用,我们甚至可能无法预料。因此,我们将使其他人能够进行科学研究,而不需要自己弄清楚如何处理数据,”Wong说。