朱诺观测揭开了木星的神秘面纱

时间:2017-06-20 09:02:45
分类:天文考古
作者:李麟辉 编译

摘要:朱诺航天器传回的最新观察结果正在帮助天文学家们以前所未有的细节揭露木星表面的自然环境。其中的许多发现都是之前始料未及的。

朱诺航天器传回的最新观察结果正在帮助天文学家们以前所未有的细节揭露木星表面的自然环境。其中的许多发现都是之前始料未及的。

自从2016年7月开始,朱诺航天器用53天的时间环绕这颗太阳系最大的行星飞行。由于航天器会从包围木星的强辐射区域穿入和穿出,所以它能够非常清楚地观察到木星的两极。今年5月底,《科学》杂志发表了两篇基于朱诺的第一次观察结果的文章。这些文章展现了全新的木星内部结构以及其地表大气层和磁层的状况。当然,来自朱诺的观察结果并不是帮助人们了解木星的唯一途径,有科学家使用位于美国夏威夷莫纳克亚山的地面望远镜同步观测木星,同样有助于对木星的研究。

木星表面的大气层

朱诺曾经多次飞过木星的极地区域,并拍下了其表面令人难以想象的气旋图片,这些气旋中有一些几乎和地球表面的一样巨大。

木星的赤道地区可见带状结构,而在这些照片上的极地区域却未发现。在木星的南极区域也不存在像之前的卡西尼探测器在土星北极的大气层中观察到的六边形或中心涡流。在木星两极之上,似乎还存在着成分未知的高空薄云雾层。

朱诺的辐射探测器能够探测到之前从未探测到的350千米的大气层深度。这已经深入到了我们通常在可见光照片中看到的冷冻氨云以下,这里的大气压比地球表面大气压高240倍。 

自从旅行者探测飞船第一次观测到木星大气的成分和构造以来,天文学家们已经对木星的天气系统进行了大量和有效的研究。但是与朱诺最新的观测结果相比,之前的最深入的大气测量结果仍旧是很肤浅的。

之前只在木星的某一个特定区域,对100千米深度的大气层进行研究。那是在1995年,伽利略探测飞船下降到了被称为“热点”的区域——发出强烈的红外光的氨云之中。伽利略飞船的探测器出人意料地发现,在这个区域没有任何的水蒸气云,而并不是如之前人们预测的那样。

现在,朱诺的辐射探测器第一次实现了对木星深层大气的探测,发回的图像中展示出带状图案一直延伸至云层顶端以下。

对于木星表层大气的氨含量的测量显示,其与地球表面大气层有相似的哈德里环流圈活动。在地球的哈德里环流圈中,热空气在赤道地区上升,向极地方向移动,之后逐渐冷却,在温热带地区下坠,在地表附近回流到赤道,形成闭合环流。

朱诺任务的目标之一就是测量木星大气层中的水含量,这有助于科学家们理解太阳系的形成。至今为止,朱诺已经确认,木星表面大气层中的确是有湿度低于10%的非常干燥的“热点”。

木星的磁层

自从上世纪50年代发现了木星会发射强大的无线电波以来(这意味着在木星周围存在磁场),每个新的太空任务都会逐渐对复杂的木星磁层结构的细节进行补充。朱诺任务的目标就在于以前所未有的方式增加人们对于磁场产生过程的了解,并且更细致地补充木星磁层的细节。

木星的磁层和大气层之间相互作用的最壮观的结果就是极光,与地球的南极或北极的极光十分类似。朱诺探测器上的JADE、JEDI和Waves仪器被用来测量在木星极地区域下降并且撞入大气层的粒子的能量,其中主要是氢气放射的能量,也就是我们看到极光的原因。这些光的紫外和红外光谱能够使得我们可以测量木星大气层的顶层是如何升温和冷却的,并且使得我们可以了解木星磁层的动力学。

那么,我们为什么要注意磁层呢?行星的磁层就像一个保护罩,它保护行星使其免受外太空对生命有害的宇宙射线的影响。只有具有磁场的行星才具有磁层,幸运的是,地球是有磁场的。但是在太阳系里,除了地球只有巨行星才具有同样可观的磁层。朱诺在距离木星前所未有的近距离上测量木星的磁层,测量结果与之前所用的模型预测的结果是完全不同的。观测到的磁层比之前预测的强度要强得多,并且其空间的差异也更大。因为磁场是在行星核中通过发电过程形成的,上述观测结果表明形成磁场的区域实际上比之前预测的大得多。反过来说,如果将这些测量结果与朱诺对木星的引力场的测量结果结合起来看的话,之前对于行星核的设想就必须修正。例如,教科书中关于十分紧凑的金属氢核的描述就与朱诺的观测结果不一致。金属氢核可能有木星半径一半那么大。

地球观测与朱诺的结合  

在朱诺探测器接近木星,对木星的气候、磁场和引力做出极限观测的同时,地球上的巨型望远镜也在对这个巨行星的影像和光谱进行着观测以支持这项任务。虽然这种观测的分辨率不能与朱诺发回的图片相提并论,但是地面望远镜可以观测到整个木星。

在今年5月19日朱诺第六次接近木星的时候,科学家在地球上也利用夏威夷莫纳克亚山的望远镜对木星进行了观测。美国夏威夷双子座望远镜上的高分辨率的红外光谱仪记录了在木星两极的极光氢发射的全部景象,昴星望远镜则拍摄下了相同区域的红外图像。

朱诺独特的轨道使得其可以拍摄到之前都没有拍到的图像。它的探测器也比之前造访木星的飞船的探测器要好得多。这次任务的最初结果已经指明了未来的研究方向,或者至少对木星大气层、内部结构和磁场的模型的调整。同时,对于太阳系最大的巨行星的研究会有助于人类了解在其他恒星周围的与其相似但是温度更高的行星。

朱诺观测揭开了木星的神秘面纱微科普 | 朱诺观测揭开了木星的神秘面纱 | 责任编辑:微科普
分享科普知识到:

>朱诺观测揭开了木星的神秘面纱的相关阅读

相关热门
科普头条
综合科普
精彩推荐
国际资讯 | 国内资讯 | 专栏科普 | 综合科普 | 科普教育 | 校园科普 | 科普杂谈 | 自然奇趣 | 探索解密 | 科技之光 | 大开眼界 | 万物之理 | 地球故事 | 科技通史 | 节能环保
物理科普 | 化学科普 | 生命科普 | 天文考古 | 自然地理 | 医药疾病 | 健康养生 | 两性保健 | 创新发明 | 信息技术 | 历史探秘 | 文化艺术 | 科学发现 | 科学猎奇 | 科普知识
Copyright © 2010-2017 微科普(wkepu.com) 津公网安备 12011102000109号 - 津ICP备14003772号-1