减弱器

木星的大红斑可以并排装下2个地球,它到底

发布时间:2022/7/14 15:12:44   
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木星是太阳系中体积和质量最大的行星,其表面被稠密的大气层覆盖。为了探索太阳系中最大、最具特征的行星,自20世纪70年代以来,美国向木星发射了多颗探测器(包括掠过深空探测器),近距离观测和分析其结构、气体成分、磁场和卫星状况。这些探测器包括先锋10号、旅行者1号和2号、伽利略号、惠更斯号、新视野号等。并传回了大量珍贵的图像和数据。年,美国发射了朱诺探测器,专门用于探测木星及其卫星。

在罗马神话中,众神之王朱庇特为了隐藏自己的本性,将自己笼罩在云层中,但他的妻子朱诺女神却能透过云层窥探他的行动和真面目。因此,年发射的探测器命名为“朱诺”,意在突破木星“集”密大气的屏障,寻找其起源和演化的线索。

通过上述探测器特别是朱诺号的探测活动,人们更加准确地了解了木星的体积、半径和质量,也知道了木星大气的主要成分是氢和氦,其中氢占90%以上,还有少量的甲烷、水蒸气、氨、乙烷、硫化氢和氧。此外,人们对木星的结构有了初步的了解。在稠密的大气层下,在高压的影响下,分布着一层液态氢,而内核则处于温度高达摄氏度,万标准大气压的状态。该组合物可以是硅酸盐、铁和镍的混合物。

木星的“大红斑”是木星的另一个显著特征。17世纪,人们用望远镜观测到了木星表面的这一奇特景观。通过对朱诺的近距离观察,我们对大红斑有了新的认识。它的直径可以达到公里,可以并排装下两个地球。每六个地球日,大红斑逆时针旋转。

科学家推测大红斑是木星上一个巨大的气旋结构。之所以长期存在,大概是因为它有独特的能量补充机制。因为木星的核心仍然非常活跃,包含着巨大的能量,它一直以微波的形式散发着内部的热量。由于行星的温度随着深度的增加而增加,在木星表面附近这些辐射的频率会更高。随着大红斑内大气物质剧烈的垂直运动,在此过程中从周围的气流中接收能量,并能保持能量平衡的状态。

所以,作为一个比两个地球还宽的大红斑,人们观察到它已经剧烈“翻腾”了几百年。有多深?事实上,这个问题长期以来一直是天文学家非常感兴趣的领域,主流观点认为其深度应该与木星最外层——大气层的厚度(数万公里)大致相同。然而最近,一个研究小组通过结合微波观测和重力测量初步估算了它的深度,结果非常出人意料。

此前发射的朱诺探测器配备了测量微波强度的特殊设备,即微波辐射计。这个设备可以通过六个不同的频率调谐到木星的微波传输,每个值对应一个不同的深度。通过这台微波辐射计测得的数值,研究团队创建了一张木星表面大气的热图,然后从这张热图中寻找不同高度上倾向于圆形的特征,最终达到探测气体涡旋深度的目的。

通过相关运算和分析,研究团队以大红斑为研究对象,发现大红斑的根部仅延伸至云层下方公里处。如果更深,微波辐射计就探测不到了。这个数值和科学家之前认为的大相径庭。

为了进一步探索,研究人员使用了另一种方法,即研究木星重力场的扭曲特征。这种扭曲效果也会对朱诺产生一定的影响,从而改变它的速度和航向。朱诺发回的数据是通过特定频率的无线电信号发回地球的,朱诺轨道的微小变化也会影响这些无线电信号。正是通过这种微小的变化,研究团队精确测量了木星表面的重力场和大红斑漩涡的延伸深度。

根据重力场数据的计算结果,大红斑的“根”应该延伸到木星云顶以下公里左右。之所以这个数值和之前的推测还是有很大的出入,是因为大线斑的气流状态在这个“根”上并没有出现明显的“中断”,而是从上到下逐渐减弱、变小,直至消失。同时,由于朱诺接收信息的分辨率,无法处理过小的细节。

通过近年来对大红斑的持续观测,发现大红斑的大小、变化速度、颜色都在不断变化。至于大红斑的最终命运,也就是说,未来它是仍会剧烈旋转,还是会逐渐变小并最终消失,答案必然隐藏在木星浓密的云层之下。

为了更好地研究木星,朱诺号的“服役”年限目前已经延长了4年,目前正在向着木星北极移动,在那里,有另外一个大型的风暴在等着它。当飞越这个漩涡时,通过朱诺号的监测数据,人们可以用同样的方法测量它的结构、稳定性和深度,继而与大红斑进行比较,届时我们将会了解更多木星大气层内部的运动规律。

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