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双子座使用“幸运成像”来前所未有地观察木星内部的风暴

双子座使用“幸运成像”来前所未有地观察木星内部的风暴

国际双子座天文台与哈勃望远镜合作,支持朱诺号任务,为木星天气带来新的见解。

研究人员使用了一种被称为“幸运想象”的技术。夏威夷Maunakea上的北双子座望远镜已经收集了一些从地面获得的木星的最高分辨率的图像。

这些图像是多年来与哈勃太空望远镜联合观测计划的一部分,以支持美国宇航局的“朱诺”任务。双子座的图像,结合哈勃和朱诺的观察,揭示了闪电,和一些产生它们的最大的风暴系统,是在深的水冰和液体云上的大型对流细胞内和周围形成的。新的观测也证实了著名的大红斑中的黑点实际上是云层的缝隙,而不是由于云层颜色的变化。

利用国际双子座天文台(nsf&noirlab的一个项目)进行的三年成像观测,深入探索了木星的云顶。超清晰的双子座红外图像补充了哈勃望远镜的光学和紫外线观测以及朱诺宇宙飞船的无线电观测,揭示了这个巨大行星的新秘密。

双子座的数据至关重要,因为它们使我们能够定期深入木星的云层。加州大学伯克利分校的Michael Wong说。我们使用了一种非常强大的技术,叫做幸运成像。黄补充道。在幸运的成像条件下,可以获得大量的极短曝光图像,只有在地球大气短暂稳定的情况下,才能使用最清晰的图像。这个例子的结果是一些从地面获得的最清晰的木星红外图像。据王说,这些图像可以与从太空看到的景象相媲美。

双子座近红外成像仪(NIRI)使天文学家能够深入观察木星的强风暴,因为较长的红外光可以穿过薄薄的薄雾,但被木星大气层中较厚的云层所遮蔽。这就产生了类似于“南瓜灯”的效果,温暖而深邃的木星大气层穿透厚厚的云层,发出光亮。

在过去的三年中,双子座和哈勃对木星进行了详细的多波长成像,这对于了解朱诺号轨道飞行器的观测情况和了解木星的风型、大气波和气旋至关重要。这两架望远镜与“朱诺”一起,可以观察木星的大气层,将其视为一个由风、气体、热量和天气现象组成的系统,提供覆盖范围和洞察力,就像气象学家用来观察地球的气象卫星网络一样。

绘制巨型雷暴图

在每次近距离掠过木星云层时,“朱诺”探测器都能探测到强闪电产生的无线电信号,这些强闪电被称为“sferics”(大气信号的缩写)和“whistlers”(因为它们在无线电接收器上发出类似口哨的声音而被称为“whistlers”)。只要有可能,双子座和哈勃望远镜就把焦点对准木星,获得了这颗巨大行星的高分辨率、广域地图。

双子座使用“幸运成像”来前所未有地观察木星内部的风暴

junos仪器可以测定星群信号和惠斯勒信号的经纬度坐标。通过双子星和哈勃的多波长图像,研究人员现在可以探测这些位置的云结构。通过综合这三种信息,研究小组发现,雷击和一些产生雷击的最大风暴系统,是在水、冰和液体构成的深云层上的大型对流单体内部和周围形成的。

科学家们之所以追踪闪电,是因为它是对流的一个标志。对流是将木星的内部热量输送到可见的云顶的湍流混合过程。黄解释道。朱诺观测到的最大的闪电集中来自于一种名为“丝状旋风”的旋涡风暴。从双子座和哈勃拍摄的图像显示了气旋的细节,揭示了它是一个扭曲的高对流云的集合,有很深的缝隙,可以瞥见远低于水面的云。

正在进行的对闪电源的研究将有助于我们理解木星上的对流与地球大气中的对流有何不同或相似之处。Wong说。

大红斑的发光特征

在扫描这颗气体巨星的云层间隙时,双子座在大红斑上发现了一颗说明问题的辉光,这表明它可以清楚地看到更温暖的大气层深处。

类似的特征以前在大红斑上也见过。喷气推进实验所的小组成员格伦·奥顿说,但是可见光观测并不能区分木星温暖内部较暗的云层物质和较薄的云层,所以它们的性质仍然是一个谜。

现在有了双子星座的数据,这个谜团就解开了。哈勃望远镜拍摄的可见光图像显示,大红斑处有一个黑色的半圆形,而双子座望远镜使用红外线拍摄的图像则显示出照亮该区域的明亮弧形。来自木星内部热量的红外光会被较厚的云层所阻挡,但可以通过木星的模糊大气层而不被发现。通过将这些特征视为明亮的红外热点,双子座确定它们是云层中的缝隙。尽管早期的观测发现了大红斑的黑暗特征,但在哈勃和双子座同时进行观测之前,红斑内部的快速旋转风掩盖了这些黑点的真实性质。

位于双子座北的iri是美国和国际双子座伙伴关系研究人员获取木星在这个波长的详细地图的最有效的方法。黄解释道。双子座在木星上实现了500公里(300英里)的分辨率。在这个分辨率下,望远镜可以分辨出从纽约看迈阿密的一辆汽车的两个前灯。主持这次观测的双子座天文学家安德鲁·斯蒂芬斯说

这些协调一致的观测再次证明,双子座望远镜的性能与免费提供的地面和天基设施相结合,使具有突破性的天文学成为可能。马丁·斯蒂尔说,他是美国国家科学基金会天文学项目主任,该基金会是美国资助机构。国际双子座的伙伴关系提供了一个强大的大型望远镜组合的开放访问;收集区域,灵活的时间安排和广泛的可互换的仪器选择。

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笔记

这相当于双子座红外图像的角分辨率。观测值下降到0.13弧秒。

更多的信息

研究结果发表在2020年4月出版的《天体物理学杂志增刊》上。

参考文献:2016年木星高分辨率紫外/光学/红外成像由迈克尔·h . Wong艾米·a·西蒙,约书亚·w·Tollefson Imke德佩特,梅根·n·巴内特,安德鲁·许,安德鲁·w·史蒂芬斯格伦·s·奥尔顿,斯科特·w·弗莱明查尔斯?Goullaud威廉?Januszewski安东尼·罗马戈登?l . Bjoraker Sushil k . Atreya Alberto Adriani和李·n·弗莱彻,2020年4月1日,《天体物理学杂志》上补充系列。

1538 - 4365 . DOI: 10.3847 / / ab775f

由于它们对正在进行的和未来的研究有价值,Wong正在通过马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所的太空望远镜档案(MAST)向其他研究人员提供经过处理的双子座和哈勃数据。

出版小组由下列人员组成:迈克尔·h·黄(加州大学伯克利分校),艾米·a·西蒙(美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心),w . Tollefson和Imke约书亚·德·佩特(加州大学伯克利分校),梅根·n·巴内特(芝加哥大学),Andrew i许(加州大学伯克利分校)、安德鲁·w·斯蒂芬斯(双子天文台北)、格伦·s·奥尔顿(加州理工学院喷气推进实验室),斯科特·w·弗莱明(太空望远镜科学研究所),查尔斯Goullaud(加州大学、William Januszewski和Anthony Roman(太空望远镜科学研究所)、Gordon L. Bjoraker(美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心)、Sushil K. Atreya(密歇根大学)、Alberto Adriani(天体行星科学研究所)和Leigh N. Fletcher(莱斯特大学)。

NSF’国家Optical-Infrared天文学研究实验室(NOIRLab),美国地面Optical-Infrared天文学中心运作国际双子天文台(NSF的设施、NRC-Canada ANID-Chile, MCTIC-Brazil, MINCyT-Argentina,和韩国KASI-Republic),基特峰国家天文台(KPNO),山丘Tololo美洲天文台(CTIO),社会科学和数据中心(CSDC)和维拉·c·鲁宾天文台。它由美国大学天文研究协会(AURA)管理,并与美国国家科学基金会达成合作协议,总部设在亚利桑那州图森市。天文学界很荣幸能有机会在夏威夷的茂纳克亚,亚利桑那州的伊尔卡姆杜阿格(基特峰)进行天文研究。以及智利的Cerro Tololo和Cerro pacho ' n。我们认识到并承认这些遗址对Tohono o o;odham民族、夏威夷土著社区和智利当地社区所具有的非常重要的文化作用和崇敬。

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