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木星的大氣帶不是一般地厚 揭木星大氣層的秘密
時(shí)間:2018-03-20 12:47   來源: 博科園   責(zé)任編輯:沫朵
  原標(biāo)題:木星的大氣帶不是一般地厚 揭木星大氣層的秘密

  幾個(gè)世紀(jì)以來,天文學(xué)家一直在觀察木星旋轉(zhuǎn)的表面,并對它的外觀感到敬畏和困惑。直到1995年,伽利略號探測器到達(dá)木星,并開始深入研究其大氣層時(shí),這個(gè)謎團(tuán)才變得更加神秘。從那時(shí)起天文學(xué)家就對它的彩色條紋感到困惑,并懷疑它們是否只是表面現(xiàn)象,或者更深層的現(xiàn)象。

  木星色彩斑斕的條紋是綿延數(shù)千公里的云帶。圖片信息及版權(quán):NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill

  多虧了自2016年7月以來一直繞木星運(yùn)行的“朱諾號”(Juno)航天器,科學(xué)家們現(xiàn)在更接近于回答這個(gè)問題了。在過去的一周里,有三項(xiàng)新的研究發(fā)表在《朱諾數(shù)據(jù)》上,這些數(shù)據(jù)顯示了木星磁場的新發(fā)現(xiàn),它的內(nèi)部旋轉(zhuǎn),以及它的帶延伸的深度。所有這些發(fā)現(xiàn)都在修正科學(xué)家對木星大氣層及其內(nèi)部層的看法。

  這項(xiàng)研究的題目是“木星的非對稱重力場的測量”,“木星的大氣噴射流延伸數(shù)千公里”和“對木星深層內(nèi)部的差異旋轉(zhuǎn)的抑制”,所有這些都在2018年3月7日發(fā)表在《自然》雜志上。這些研究由羅馬薩皮恩扎大學(xué)的盧西亞諾·伊斯教授和魏茨曼科學(xué)研究所的伊萊·加蘭蒂教授和維茲曼科學(xué)研究所的伊萊·加蘭蒂教授領(lǐng)導(dǎo)。

  朱諾于2017年12月16日飛越木星的南極。圖片信息及版權(quán):NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/David Marriott

  這項(xiàng)研究是由卡斯皮教授和加蘭蒂博士領(lǐng)導(dǎo)的,他們是第二項(xiàng)研究的主要作者,同時(shí)也是其他兩項(xiàng)研究的合著者。這對夫婦甚至在2011年“朱諾”號發(fā)射之前就已經(jīng)準(zhǔn)備好進(jìn)行這種分析,在此期間建立了數(shù)學(xué)工具來分析引力場數(shù)據(jù),并更好地掌握木星的大氣層及其動(dòng)力學(xué)。這三項(xiàng)研究都是基于朱諾收集的數(shù)據(jù),因?yàn)樗?3天從木星的一個(gè)極點(diǎn)傳到另一個(gè)北極,這是一種被稱為“perijove”的操作。通過每一關(guān)探測器使用先進(jìn)的儀器來觀察大氣層的表層之下。此外探測器發(fā)射的無線電波被測量,以確定它們是如何被行星的引力場以每一個(gè)軌道移動(dòng)的。

  天文學(xué)家已經(jīng)了解了一段時(shí)間,木星的噴射流從東到西,從西到東。在這個(gè)過程中破壞了地球上的均勻分布。通過測量地球重力場的變化(以及由此造成的質(zhì)量不平衡),卡斯皮博士和加蘭蒂博士的分析工具能夠計(jì)算出風(fēng)暴在地表下的深度和內(nèi)部動(dòng)力是什么樣的。最重要的是,研究小組希望發(fā)現(xiàn)異,F(xiàn)象,因?yàn)榈厍蚱x了一個(gè)完美的球體——這是由于它的快速旋轉(zhuǎn)會(huì)輕微地?cái)D壓它。然而也在尋找其他的異常現(xiàn)象,因?yàn)榇髿庵写嬖谥鴱?qiáng)大的風(fēng)。


 
  這張來自朱諾的照片,只在可見光下拍攝到了南極。為什么南北兩極如此相似,卻有不同數(shù)量的氣旋,這是一個(gè)謎。圖片信息及版權(quán):NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Betsy Asher Hall/Gervasio Robles
 
  在第一項(xiàng)研究中,Iess博士和他的同事們使用了 的多普勒追蹤的“朱諾號”探測器,對木星的重力諧波進(jìn)行了測量,這兩種方法都是很奇怪的。他們所確定的是木星的磁場有南北的不對稱性,這表明了大氣中的內(nèi)部流動(dòng)。在第二項(xiàng)研究中,對這種不對稱性進(jìn)行了分析。在卡斯皮博士的研究中,Galanti博士和他們的同事們利用地球重力場的變化來計(jì)算出木星東西射流的深度。通過測量這些噴射物如何導(dǎo)致木星重力場的不平衡,甚至擾亂了地球的質(zhì)量,得出結(jié)論它們延伸到3000千米(1864英里)的深度。
 
  從這一切中Guillot教授和他的同事們進(jìn)行了第三次研究,他們使用了之前關(guān)于地球引力場和急流的發(fā)現(xiàn),并將結(jié)果與室內(nèi)模型的預(yù)測進(jìn)行了比較。由此他們確定行星的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)幾乎就像一個(gè)剛體,而不同的旋轉(zhuǎn)會(huì)下降得更遠(yuǎn)。此外大氣流動(dòng)區(qū)域擴(kuò)展到2000公里(1243英里)和3500公里(2175英里)之間,這與從奇異的重力諧波得到的約束是一致的。這個(gè)深度也對應(yīng)于電導(dǎo)率會(huì)變得足夠大,以至于磁阻會(huì)抑制微分旋轉(zhuǎn)。
 
  根據(jù)他們的發(fā)現(xiàn),研究小組還計(jì)算出木星大氣占總質(zhì)量的1%。相比之下地球的大氣層還不到總質(zhì)量的百萬分之一。不過正如卡斯皮博士在威茲曼研究所(Weizzmann Institute)的新聞稿中所解釋的那樣,這相當(dāng)令人吃驚:這比任何人想的都要多,而且比太陽系其他行星所知道的還要多。那基本上是一個(gè)質(zhì)量等于三個(gè)地球以每秒幾十米的速度運(yùn)動(dòng)?傊@些研究為木星的大氣動(dòng)力學(xué)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供了新的線索。目前,木星核心的主體仍未解決。但研究人員希望分析朱諾的進(jìn)一步測量結(jié)果,以確定木星是否有一個(gè)固態(tài)核(如果是的話),以確定它的質(zhì)量。
 
  這反過來將幫助天文學(xué)家了解太陽系的歷史和形成。此外Kaspi和Galanti正試圖利用他們開發(fā)的一些相同的方法來描述木星的噴射流來處理其最標(biāo)志性的特征——木星的大紅斑。除了確定這場風(fēng)暴有多深,他們還希望了解為什么這場風(fēng)暴持續(xù)了這么多世紀(jì),以及為什么它近年來顯著萎縮。朱諾號的任務(wù)預(yù)計(jì)將在2018年7月完成。除非有任何的擴(kuò)展,探測器將在運(yùn)行了perijove 14之后,對木星的大氣層進(jìn)行控制。然而即使在任務(wù)結(jié)束后,科學(xué)家們?nèi)詫⒎治銎涠嗄陙硎占臄?shù)據(jù)。這揭示了太陽系最大的行星,也將對揭示太陽系的理解大有幫助。
  

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