美国宇航局的“朱诺”号宇宙飞船揭示了木星彩色带深处发生的事情

朱诺卡朱庇特艺术家印象

根据2021年7月21日拍摄的JunoCam木星图像,艺术家的印象。增强以突出特征,云,颜色,和木星的美丽。来源:NASA/SwRI/MSSS/TanyaOleksuik©CC NC SA

莱切斯特的数据研究木星揭示了这颗气体巨行星独特而多彩的带下面发生的事情的新见解。

携带的微波辐射计的数据">美国国家航空航天局“朱诺”号宇宙飞船显示,木星的带状图案延伸到云层下方深处,而木星的带状和带状的外观在水云的底部附近反转。微波光使行星科学家能够深入观察木星彩色云层下的深处,了解更温暖、更黑暗、更深层次的天气和气候。

在海拔低于5个大气压(大约是地球平均大气压的5倍)的地方,行星的辐射带在微波光下闪闪发光,而辐射带则是黑暗的。但在更高的压力下,在海拔超过10巴的地方,一切都会发生变化,这让科学家们瞥见了气象学和环流意想不到的逆转。

木星的大红斑PJ18

木星的大红斑PJ18(2019),显示在旋涡的西面(左)有大片红色物质。来源:NASA/JPL-Caltech/SwRI/ mss /Kevin M. Gill

利·弗莱彻博士是这项研究的主要作者,他是莱斯特大学行星科学副教授,也是朱诺号任务的参与科学家地球物理研究杂志-行星.他说:

“朱诺号”的主要目标之一是窥探木星大气的阴云之下,并探索更深的隐藏层。

“我们的研究表明,这些彩色带只是‘冰山一角’,中纬度带不仅延伸到深处,似乎还会改变它们的性质,你越往下走。

“我们一直把过渡区称为jovicline只有朱诺号的微波仪器才能使它的发现成为可能。”

用微波光观察木星的带和带

用微波光观察到的木星带和区域,与云顶的颜色(左图)和云顶的风(右图)相比较。图中显示了两种波长的微波光,一种用于感知水云之上的高度,另一种用于感知水云之下的高度。来源:美国宇航局/喷气推进实验室/SwRI/莱斯特大学

木星最显著的特征之一是它独特的带状外观。行星科学家称这些光为白色带,以及颜色较深、略带红色的腰带.木星的行星级风在这些彩色条纹的边缘以相反的方向,向东和向西循环。一个关键的问题是,这种结构是否局限于地球的云顶,还是随着深度的增加而持续存在。

对这一现象的调查是美国宇航局“朱诺”号任务的主要目标之一,该航天器携带了一个专门设计的微波辐射计,首次测量来自太阳系最大行星深处的辐射。

“朱诺”号团队利用这台仪器的数据,通过比以往任何时候都更深入的观察木星大气层,来研究带和带的性质。

“朱诺”号的微波辐射计可在1.4厘米到50厘米的6个波长通道中工作,这些波长通道使“朱诺”号能够探测从大气顶部0.6巴到超过100巴的压力下的大气,深度约为250公里。

在云层顶端,木星的辐射带由于微波发射而显得明亮,而辐射带仍然是黑暗的。明亮的微波发射要么意味着大气温度升高,要么意味着没有氨气,而氨气是微波光的强吸收体。

这种配置持续到大约5个小节。当压力超过10条时,这种模式就会发生逆转,带变成了微波亮,带变成了暗。因此,科学家们相信某些东西——无论是物理温度还是氨的丰度——肯定会随着深度而变化。

弗莱彻博士将这一过渡区域称为jovicline,与地球海洋的温跃层区域相比较,在那里海水从相对温暖急剧过渡到相对寒冷。研究人员观察到,jovicline几乎与凝结的水形成的稳定的大气层一致。

NASA喷气推进实验室的斯科特·博尔顿博士(喷气推进实验室朱诺号任务的首席研究员(PI)。他说:

“这些惊人的结果让我们第一次看到了木星著名的带和带是如何随深度演化的,揭示了在三维空间研究这颗巨大行星的大气层的力量。”

有两种可能的机制可以解释亮度的变化,每一种都意味着不同的物理结论。

一种机制与氨气体在带和带内的分布有关。氨对微波是不透明的,这意味着在“朱诺”号的观测中,氨含量相对较少的区域会发出更亮的光。这种机制可能意味着一种堆叠的相反环流细胞系统,类似于地球热带和中纬度地区的模式。

这些环流模式将提供浅层的下沉带和更深层的上涌带,或者是强烈的风暴和降水,将氨气从一个地方移动到另一个地方。

另一种可能是辐射梯度对应于温度梯度,温度越高,微波辐射越大。

温度和风是相关的,所以如果这个假设是正确的,那么木星的风可能会随着云层的深度而增加,直到我们到达木星线,然后逐渐进入更深的大气层——这也是美国宇航局1995年的伽利略号探测器提出的,它在降落到木星云层时测量风速。

可能的情况是,这两种机制同时起作用,每一种都对观测到的亮度变化做出了部分贡献。现在的竞争是要弄清楚为什么木星的循环是这样的,以及太阳系其他巨行星是否也是这样的。

“朱诺微波观测在深度揭示的木星温带/带对比”发表在地球物理研究杂志-行星

在“朱诺号”5年的主要任务中,莱斯特大学的科学家们一直是“朱诺号”团队的成员。今年早些时候,莱斯特大学的研究人员与日本航天局(nasa)的同事们合作,揭示了解决木星“能源危机”的方法。JAXA)、波士顿大学、美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心和美国国家信息和通信技术研究所(NICT)。

他们的研究发表在自然显示了木星强大的极光是导致整个行星升温的原因尽管它只占地球面积的不到10%。

莱斯特的天文学家和行星科学家也将在即将到来的日子里领导对木星的观测詹姆斯韦伯太空望远镜在欧洲航天局(ESA)的木星冰卫星探测器(JUICE)的科学和仪器方面发挥着领导作用,该探测器将于2022年发射。

参考:“木星的温带带/区域对比显示深度朱诺微波观测“l·n·弗莱彻,f . a . Oyafuso m·埃里森a . Ingersoll l . Li y Kaspi, e . Galanti m·h·黄g·s·奥尔顿,k . Duer z, c . Li t .第5期,s·m·莱文和博尔顿,2021年10月28日,地球物理研究行星杂志
je006858 DOI: 10.1029/2021

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