朱诺号新数据探测木星大红斑的深度和结构

朱诺号新数据探测木星大红斑的深度和结构(Credit: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/NASA/ESA, M.H. Wong and I. de Pater (UC Berkeley) et al. / NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSSImage processing: Kevin Gill CC BY)
（神秘的地球uux.cn报道）据EurekAlert!：研究人员在两项展示来自朱诺号航天器新数据的研究中报告称，木星标志性的号新和结大红斑 (GRS)（一个已经在行球大气层中搅动了几个世纪的16,000 公里宽的风暴）比以前预期的更深入这颗气态巨行星。这些发现揭示了对木星气象学及其与行星更深内部关系的数据深度新见解。木星的探测大气层中充斥着巨大的风暴和旋转风带，包括典型的木星GRS（一场巨大到可以吞噬整个地球的风暴）。然而，大红目前尚不清楚这些风暴是朱诺被局限于行星大气层的最上层，还是号新和结延伸到行星更深处。
在两项研究中，数据深度Scott Bolton和同事以及Marzia Parisi和同事分别使用来自朱诺号航天器的探测微波和重力测量来描述木星的大气涡旋，包括 GRS。木星Bolton等人使用了朱诺号的大红微波辐射计 (MWR) 仪器来研究GRS以及另外两个风暴的垂直结构，并发现它们延伸到水和氨预计会凝结的朱诺海拔或行星的云层以下。这对于GRS尤其如此。号新和结据作者披露，数据深度这表明在比以前预期的更深层次上存在着小规模的动态过程，例如降水和下降气流，这可能表明木星的内部和大气层深处之间存在联系。
Parisi等人检查了 GRS 的重力特征并进一步局限其深度。朱诺号在 GRS 上空飞行时采取的重力测量中，Parisi等人探测到风暴引起行星引力场的波动。他们发现，尽管GRS深深扎根于大气层中，但它比为GRS提供动力的周围带状喷流要浅得多，后者延伸得更深。根据调查结果，GRS 的深度不超过500（千米）公里，而周围的喷流延伸到接近3,000公里的深度。
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（神秘的地球uux.cn报道）据cnBeta：The Verge报道，美国宇航局（NASA）的朱诺号探测器正在揭示木星标志性的大红斑的巨大结构，这个巨大的风暴已经在这颗气态巨行星上肆虐了几个世纪。通过几次飞越这个圆形的风暴，朱诺号帮助科学家们确认，大红斑不仅仅存在于上层表面，而是延伸到了行星本身的数百英里。
大红斑的直径约为10000英里，但是科学家们从未完全理解大红斑有多深。它只是一个表面的事件，还是深入到了木星内部？
现在，多亏了朱诺号上的两个科学仪器，行星研究人员已经为这个风暴确定了一个相当可靠的范围。根据发表在《科学》杂志上的研究，他们认为风暴的深度在186-310英里（约300-500公里）之间。与大红斑的直径相比，这可能看起来很小，但是这个深度仍然使得这是一个非常厉害的天气事件。“这意味着这是一场巨大的风暴，”以色列魏茨曼科学研究所的朱诺联合研究人员Yohai Kaspi告诉The Verge。“如果你把这个风暴放在地球上，它将一直延伸到空间站。所以它只是一个怪物。”
科学家们可以利用NASA在地球轨道上的哈勃太空望远镜或其他地基望远镜来研究大红斑。这些仪器帮助确定了该风暴的直径，但科学家们只能推测大红斑的整体结构。NASA喷气推进实验室朱诺号科学小组的研究科学家Marzia Parisi告诉The Verge：“他们中的一些人推测，它将是非常非常浅的，就像我们说的几十公里。还有一些人，他们认为，‘嗯，理论上，它可以深入到木星的核心’。”
然后，在2011年，NASA发射了朱诺号探测器，这是一个旨在比以往任何航天器更接近木星的探测器。朱诺号花了五年时间穿越深空，在2016年，该航天器进入了一个非常宽的围绕木星的轨道，这个轨道将使朱诺号每53天接近该行星。在这些接近的过程中（或称"perijoves"），朱诺号已经收集了大部分关于木星的数据，以及可能在这个气态巨人内部徘徊的东西。
也许朱诺号任务中最令人兴奋的部分是，该探测器是第一个飞越木星两极的航天器--在任务开始之前，人们从未见过这个星球上的区域。但是在2019年，朱诺号进行了一个小的重新定向。科学家们调整了航天器的方向，两次飞越大红斑，以更好地了解风暴下面的情况。
在这两次飞越中，朱诺号测量了大红斑的引力场，试图弄清风暴到底有多深。大红斑是如此之大，以至于朱诺号航天器实际上可以感受到风暴所产生的微小的重力扰动。最终，重力信号显示，该风暴没有延伸到500公里深的地方。科学家们随后将这一信息与朱诺号早在2017年进行的微波测量相结合，发现该风暴至少延伸到300公里深。这些测量结果为风暴的深度提供了一个相当好的最大和最小限制。
它们是迄今为止我们对大红斑的结构所得到的最好测量。但是它们也提出了一些问题。首先，风暴很深，但还不如周围的一些喷流深，这些喷流延伸到木星的1800英里处。朱诺号也帮助确定了这些测量结果，科学家们不确定为什么那里会有差异。Parisi说：“它的深度如此之深令人惊讶......但它没有像喷流那样深入。因此，在500公里处发生了一些事情，基本上抑制了大红斑。”
这意味着仍有更多关于木星内部事物是如何搅动的知识。但是多亏了朱诺号，科学家们对这颗行星及其最著名的风暴有了比以往更全面的了解。Parisi说：“以前，我们只有这种2D视图，只是从外面看。而现在我们有一个完整的三维视图。”
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（神秘的地球uux.cn报道）据cnBeta：美国宇航局（NASA）围绕木星运行的朱诺探测器的新发现提供了一幅更全面的图景，说明这颗行星独特而多彩的大气特征如何为其云层下不为人知的过程提供线索。这些结果强调了环绕木星的云带和云区、木星的极地气旋以及大红斑的内部运作情况。
研究人员周四在《科学》杂志和《地球物理研究：行星》杂志上发表了几篇关于朱诺大气层发现的论文。其他论文出现在最近的两期《地球物理研究通讯》上。
NASA行星科学部主任Lori Glaze说：“朱诺号的这些新的观测结果为木星神秘的可观测特征打开了一个新的信息宝库。每篇论文都揭示了该行星大气过程的不同方面--这是我们的国际多元化科学团队如何加强对我们太阳系理解的一个绝好例子。”
朱诺号在2016年进入木星的轨道。迄今为止，在航天器37次飞越这颗行星的过程中，一套专门的仪器在其动荡的云层下面进行了观察。
“以前，朱诺号给我们带来了惊喜，暗示木星大气层中的现象比预期的要深，”来自美国西南研究院的朱诺号首席调查员、《科学》杂志关于木星涡旋深度论文的主要作者Scott Bolton说。“现在，我们开始把所有这些单独的碎片放在一起，并首次真正了解木星美丽而剧烈的大气层是如何运作的--以3D方式。”
朱诺号的微波辐射计（MWR）使任务科学家能够在木星的云顶之下进行窥视，并探测其众多涡旋风暴的结构。这些风暴中最有名的是被称为大红斑的标志性反气旋。这个深红色的风暴的直径比地球还大，自从近两个世纪前被发现以来，一直吸引着科学家。
新的结果显示，气旋在顶部更温暖，大气密度更低，而在底部更冷，密度更高。反气旋，其旋转方向相反，顶部更冷，但底部更暖。
研究结果还表明，这些风暴比预期的要高得多，一些风暴延伸到云顶以下60英里（100公里），而其他风暴，包括大红斑，延伸到200多英里（350公里）。这一惊奇的发现表明，旋涡覆盖的区域超出了水凝结和云层形成的区域，低于阳光温暖大气的深度。
大红斑的高度和大小意味着大气质量在风暴中的集中可能会被研究木星重力场的仪器探测到。朱诺号在木星最有名的地方进行了两次近距离飞越，提供了搜索风暴重力特征的机会，并补充了MWR关于其深度的结果。
随着朱诺号以大约13万英里/小时（20.9万公里/小时）的速度在木星的云层上低空飞行，朱诺号的科学家们能够使用美国宇航局的深空网络追踪天线，在超过4亿英里（6.5亿公里）的距离上测量每秒0.01毫米的速度变化。这使研究小组能够将大红斑的深度限制在云顶以下约300英里（500公里）。
NASA喷气推进实验室的朱诺号科学家、《科学》杂志上一篇关于大红斑重力飞越的论文的主要作者Marzia Parisi说：“在2019年7月的飞越期间，获得大红斑的重力所需的精度是惊人的。能够补充MWR在深度上的发现给了我们极大的信心，未来在木星的重力实验将产生同样耐人寻味的结果。”
云带和云区
除了气旋和反气旋之外，木星还以其独特的云带和云区而闻名--白色和红色的云带，环绕着木星。以相反方向移动的强劲的东西向风将这些带子分开。朱诺号之前发现，这些风，或称喷流，深度约为2000英里（大约3200公里）。研究人员仍在试图解开喷射流如何形成的谜团。朱诺的MWR在多次经过时收集的数据揭示了一个可能的线索：大气层中的氨气与观察到的喷流明显一致地上下移动。
以色列魏兹曼科学研究所的研究生、《科学》杂志关于木星上类似于费雷尔细胞的论文的主要作者Keren Duer说：“通过跟踪氨气，我们在北半球和南半球都发现了性质类似于费雷尔环流圈(Ferrel cell)的环流圈，它们控制着我们在地球上的大部分气候。地球每个半球有一个费雷尔环流圈，而木星有八个--每个至少大30倍。”
朱诺的MWR数据还显示，在木星水云下约40英里（65公里）处，云带和云区经历了一个过渡。在浅层，木星的带子在微波光中比邻近的区域更亮。但是在更深的层次，在水云下面，情况正好相反--这揭示了与我们海洋的相似性。
英国莱斯特大学的朱诺号参与科学家、《地球物理研究》杂志上这篇论文的主要作者Leigh Fletcher说：“我们把这一层称为'Jovicline'，以类比地球海洋中的一个过渡层，即所谓的温线--海水从相对温暖急剧过渡到相对寒冷。”
极地旋风
朱诺号之前在木星的两极发现了多边形排列的巨大旋风风暴--在北方有八个八角形排列，在南方有五个五角形排列。现在，五年后，任务科学家利用航天器的木星红外极光成像仪（JIRAM）的观测，确定这些大气现象具有极强的弹性，保持在相同的位置。
罗马国家天体物理研究所的朱诺号共同研究员、最近发表在《地球物理研究快报》上的一篇关于木星极地气旋的振荡和稳定性的论文的主要作者Alessandro Mura说：“木星的气旋相互影响运动，导致它们围绕一个平衡位置进行振荡。这些缓慢振荡的行为表明，它们有很深的根源。”
JIRAM的数据还表明，就像地球上的飓风一样，这些气旋想要向极地移动，但是位于每个极地中心的气旋将它们推回。这种平衡解释了气旋所处的位置和每个极点的不同数量。