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通过地面和太空观测,我们可以看到木星不可思议的风暴

通过地面和太空观测,我们可以看到木星不可思议的风暴

哈勃和双子座从远处观察,捕捉到木星的高分辨率全球视图,这是解释朱诺近距离观察木星的关键。

塔40英里高的积雨云,伸展宽度的一半大陆,愤怒强飓风在巨大的风暴,几个世纪以来,和闪电三倍强大Earth’ s最强的超强闪电,Jupiter— planets&mdash之王;证明了自己more-than-worthy同名最高罗马的神天空和雷电的掌管者。

尽管进行了400多年的科学观测,但有关这一气体巨行星上狂暴而不断变化的大气的许多细节仍然难以捉摸。现在,由于哈勃太空望远镜、双子座天文台和朱诺宇宙飞船的通力合作,科学家们能够深入探索风暴系统,研究闪电爆发的来源,绘制气旋涡旋图,并解开大红斑内神秘特征的本质。

这种独特的合作是让研究人员监控Jupiter’ s天气和估计大气中的水分,提供洞察今天木星如何运作以及它如何和其他行星在太阳系形成超过十亿年前。

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5亿多英里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艾米西蒙NASA’ s戈达德太空飞行中心,绿地,马里兰州和Imke·德·佩特的加州大学伯克利分校,是结合级从哈勃和双子座从Juno&rsquo特写视图;s轨道的怪物星球,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”团队合作的用武之地。

电台《;光Show’

木星上持续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可达40英里。是地球上典型雷暴的五倍高;而强烈的闪电所产生的能量比地球上最大的超级闪电还要多三倍。

就像地球上的闪电一样,木星的闪电就像无线电发射机一样,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”就会在风暴系统的低空飞行,探测到被称为“sferics&rdquo”的无线电信号。和“;吹口哨的人”;这样就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。

通过地面和太空观测,我们可以看到木星不可思议的风暴

每次经过木星时,哈勃和双子座都会从远处观察,捕捉到这颗行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。朱诺的微波辐射计通过探测可以穿透厚云层的高频无线电波,深入到行星的大气层中。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。西蒙解释说。

通过映射闪电探测到朱诺在光学图像捕获地球由哈勃和热红外图像捕获的双子座在同一时间,该研究小组已经能够证明闪电爆发与云的三方组合结构:深云的水,大湿空气的对流上涌造成塔本;本质上是木星的雷雨云;清晰的区域可能是由于对流塔外干燥的空气下沉造成的。

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烟囱,有助于通过对流释放内能。他说。它并不是到处都发生,但是这些气旋的某些方面似乎促进了对流。

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,用于估算木星大气层中的水量,这对于了解木星和其他气态和气态巨星的形成过程,以及太阳系作为一个整体的形成过程,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,但其中的许多细节仍不为人知。包括大气深处有多少水,热量是如何从内部流动的,是什么导致了云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。

看到南瓜灯上的红斑

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,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,还是高空云层中的空洞造成的。可以看到下面更深更暗的一层。

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,木星内部的热量以红外光的形式释放出来。否则会被高空云层所阻挡;是自由逃逸到太空,因此出现明亮的双子座图像。

它有点像南瓜灯。Wong说。你可以看到明亮的红外光来自无云地区,但是有云的地方红外线就很暗。

通过地面和太空观测,我们可以看到木星不可思议的风暴

上面这些木星大红斑的照片是由哈勃太空望远镜和双子座天文台在2018年4月1日收集的数据拍摄的。通过结合几乎同时从两个不同的天文台获得的观测资料,天文学家能够确定大红斑上的黑色特征是云中的洞,而不是大量的黑色物质。

左上(宽视图)和左下(细节):哈勃拍摄的木星大气中反射太阳光(可见光)的图像显示了大红斑内的黑暗特征。

右上角:热红外图像的同一地区双子座显示热量发射为红外能量。凉爽的云层以暗区出现,但是云层中的空隙允许明亮的红外辐射从下面温暖的云层中逃逸出来。

中下:哈勃拍摄的紫外线图像显示,大红斑上方的阳光从云雾中散射回来。大红斑在可见光中呈现红色,因为这些薄雾吸收蓝色波长。哈勃的数据显示,即使在较短的紫外线波长下,薄雾也会继续吸收。

右下:哈勃和双子座的多波长合成数据显示可见光为蓝色,热红外为红色。综合观测结果显示,在红外波段上明亮的区域是空地,或者是云层较少、阻挡了来自内部热量的地方。

哈勃和双子座的观测为朱诺的第12次飞越(Perijove 12)提供了广阔的视野。

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视整个地球,提供多波长的实时基地地图,为朱诺的测量提供参考,就像地球观测气象卫星为“高空飓风猎人”提供背景资料一样。

因为我们现在通常可以从几个不同的天文台和不同的波长得到这些高分辨率的图像,所以我们正在更多地了解木星的天气。西蒙解释说。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,Wong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,而不需要自己去弄清楚如何处理数据。Wong说。

研究结果发表在2020年4月的《天体物理学杂志增刊》上。

双子座喜欢幻想幸运的事情。欲了解木星风暴内部的更多信息,请点击这里。

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

哈勃太空望远镜是美国国家航空航天局和欧洲航天局之间的国际合作项目。位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心负责管理这架望远镜。位于巴尔的摩的太空望远镜科学研究所(STScI)负责哈勃的科学运作。STScI是由位于华盛顿特区的大学天文研究协会(AURA)为NASA运行的。AURA为包括美国在内的国际双子座伙伴关系运行双子座天文台,加拿大、智利、阿根廷、巴西和大韩民国。位于加利福尼亚州帕萨迪纳市的美国宇航局喷气推进实验室为德克萨斯州圣安东尼奥市的西南研究所管理着朱诺号任务。朱诺号是美国宇航局新边疆计划的一部分,该计划由美国宇航局科学任务理事会在阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心管理。

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