我们都认识通过其反向旋转区域和皮带的带状图案? 即使使用小型花园望远镜也可以看到这一点。 这些令人惊叹的结构由地球云层中可见的快速喷射流提供动力。
但它的两极附近和云顶以下发生的事情长期以来一直是个谜。
由于其独特的轨道,NASA 的朱诺号任务现在已经揭示了木星的一些最保守的秘密。
结果发表在四篇论文中自然,表明地球的两极有令人惊讶的“多边形”形状的气旋? 包括南极的五边形? 其带状结构持续到 3,000 公里深处。
从地球和某些轨道上的航天器上,我们只能清楚地看到木星的赤道区域。 事实上,之前所有的地球任务都是这种情况。
来自航行者号、卡西尼号和伽利略号轨道飞行器的图像提供了地带带结构和长期风暴(例如大红斑。 伽利略号探测器仅在云层以下 160 公里的一处位置进行了采样。
朱诺号拥有独特的高椭圆轨道,使其能够首次清晰地看到木星两极。
自 2016 年 7 月以来,每 53 天,它就会掠过木星云顶上空 4,100 公里的高度,从而获得极光的绝佳视野? 一种由快速旋转的磁层(磁场)中的电流与行星大气层相互作用引起的“北极光”? 以及可见光、红外光和紫外光下大气层的极地区域。
NASA/JPL-加州理工学院/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill除了研究极光和磁层外,朱诺号还通过监测航天器轨道的微小调整,帮助科学家详细探测木星内部的引力场? 下降到云层以下 3,000 公里处。
作为太阳系中最大的行星,木星的半径是地球的10多倍,接近7万公里。
这些区域和带中的反向旋转风的速度达到每秒 100 米。 它的主要成分是氢和氦 ? 被称为太阳星云的致密气体和尘埃云的残余物,形成了我们的太阳系46亿年前。
在云顶以下,气压被认为会大幅增加。 在云层下仅 3,000 公里处,压力应达到 100,000 bar,这是在地球上合成钻石所需的压力。
越靠近中心,压力和温度进一步增加,氢开始表现得像金属。 模型显示,再往深处我们会到达一个冰冷的岩石核心,其半径约为木星半径的 20%。
不过这些模型并不是那么可靠,这就是朱诺的用武之地。
特殊的极性图案
当科学家第一次看到另一个气态巨行星的两极时,他们感到非常惊讶?。
卡西尼号证实航海者号在土星两极附近的大气层中发现了一个奇特的巨大六边形特征。 这周围环绕着直径为 1,250 公里的极地飓风。
在较大的木星上,科学家根本没有想到会看到这种模式。 相反,理论表明,中心的区域和带会向两极减弱,导致混乱的湍流,而不是结构化的模式。
(美国宇航局/加州理工学院喷气推进实验室/空间科学研究所)但多亏了朱诺,科学家现在发现每极都有一个巨大的气旋,北部直径约 4,000 公里,南部直径约 5,600 公里。
值得注意的是,这些气旋在北部被八个类似大小的气旋包围,在南部被五个气旋包围。 在朱诺号对它们进行可见光和红外成像期间,这些气旋似乎非常稳定。
八个北部气旋形成“双四边形”形状(如果在底部连接两个金字塔,就会得到这种形状),五个南部气旋形成五边形形状(参见主图)。
我们还不明白是什么原因导致了它们以及它们为何如此顽固。
木星自转产生的力,加上其在极点的较小半径,预计会持续向极地移动更多的气旋,但这似乎不会发生。
云层之下
木星的另一个谜团是它的区域和带在大气层中是浅层还是深层。 朱诺的回答很深刻。
这个结果来自对其重力场的测量,科学家们现在发现该重力场表现出南北不对称。
这在木星是出乎意料的吗? 一颗沉重、快速旋转、扁圆(两极扁平)的行星。 解释是云层下方必定存在大气流动。
另一篇论文揭示了这些大气急流在每个区域和带下方循环,并一直达到 3,000 公里。 然而,参与这些巨大运动的大气质量仅相当于木星总质量的百分之一左右。
(NASA/JPL-加州理工学院/SwRI/MSSS/Betsy Asher Hall/Gervasio Robles)
通过监测整个行星如何自转,科学家还发现,在3000公里水平以下,木星作为刚体有效旋转? 比上面的搅拌气体慢。
在这个水平上,温度和压力会导致电流流动,从而产生磁阻力,开始减慢风的运动。
新的结果现在可以与其他机构结合起来吗? 尤其是土星,其地带风速达到每秒 500 米。 根据我们现在对木星的了解,土星的急流似乎可能达到更深的 9,000 公里。
将木星的持续气旋模型与土星的六边形和飓风模型进行比较也可以帮助我们了解导致这些神秘特征的原因。
令人兴奋的是,新数据还可以帮助我们了解其他太阳系中的气态巨行星。 例如,我们现在知道那些比木星更大的行星在其区域和带下方的急流深度会更浅。
未来的任务比如欧空局的果汁拟议的土星大气探测器可能比朱诺看得更深,从而告诉我们更多关于这颗宏伟巨行星的深层内部结构? 最终帮助我们全面了解它是如何形成和演变的。