天文學(xué)家在木星上檢測到神秘的溫度模式 _木星

天文學(xué)家在木星上檢測到神秘的溫度模式
據(jù)cnBeta：部分基于來自幾代NASA任務(wù)的數(shù)據(jù)，包括NASA的旅行者號和卡西尼號，一項長達40年的研究可以幫助科學(xué)家確定如何預(yù)測木星的天氣。研究人員剛剛完成了有史以來最長的跟蹤木星對流層上部溫度的研究。這是這顆巨大行星的天氣發(fā)生的大氣層，也是其標(biāo)志性的彩色條紋云的形成地。
這項研究通過融合來自美國宇航局航天器和地面望遠(yuǎn)鏡觀測的數(shù)據(jù)進行了40多年。它發(fā)現(xiàn)了木星帶和區(qū)的溫度如何隨時間變化的意外模式。據(jù)科學(xué)家稱，這項研究代表了朝著更好地理解我們太陽系最大的行星的天氣驅(qū)動因素并最終能夠預(yù)測它的方向邁出了一大步。
木星的對流層與地球有很多共同之處：它是云層形成和風(fēng)暴洶涌的地方。為了了解這種天氣活動，科學(xué)家需要研究某些屬性，包括風(fēng)、壓力、濕度和溫度。自從1970年代美國宇航局的先鋒10號和11號任務(wù)以來，他們已經(jīng)知道，一般來說，較冷的溫度與木星較淺和較白的帶子（稱為區(qū)）有關(guān)，而較暗的棕紅色帶子（稱為帶）是溫度較高的地方。

這些添加了顏色的木星紅外圖像是由歐洲南方天文臺的甚大望遠(yuǎn)鏡在2016年獲得的，并為這項新研究做出了貢獻。顏色代表溫度和云度。較藍的區(qū)域是寒冷和多云的，而橙色的區(qū)域是溫暖和無云的。信用：ESO / L.N. Fletcher
然而，沒有足夠的數(shù)據(jù)集來了解溫度如何長期變化。12月19日發(fā)表在《自然-天文學(xué)》雜志上的這項新研究，通過研究從大氣層較溫暖區(qū)域升起的明亮紅外光輝（人眼不可見）的圖像，直接測量木星在五彩云層上方的溫度，取得了突破。科學(xué)家們在木星圍繞太陽的三個軌道上以固定的時間間隔收集這些圖像，每個軌道持續(xù)12個地球年。
在這個過程中，他們發(fā)現(xiàn)木星的溫度按照明確的周期上升和下降，這與季節(jié)或科學(xué)家所知的任何其他周期無關(guān) 。因為木星的季節(jié)性很弱--該行星在其軸上的傾斜度只有3度，而地球的傾斜度為23.5度--科學(xué)家們沒有想到會在木星上發(fā)現(xiàn)溫度有如此規(guī)律的周期變化。
木星是來自太陽的第五顆行星，是太陽系中最大的行星。它是一個氣體巨行星，質(zhì)量約為太陽系中所有其他行星總和的2.5倍。木星有一個厚厚的大氣層，主要由氫和氦組成，它有一些獨特的特征，包括被稱為"帶"的暗帶和被稱為"區(qū)"的亮帶。木星最有名的特征是大紅斑，這是一個巨大的風(fēng)暴，已經(jīng)肆虐了幾百年。木星有80顆已知的衛(wèi)星，其中最大的四顆被稱為伽利略衛(wèi)星，以紀(jì)念其發(fā)現(xiàn)者伽利略。這些衛(wèi)星是木衛(wèi)二、歐羅巴、木衛(wèi)二和卡利斯托。木星也有一些星環(huán)，盡管它們比土星的星環(huán)要少得多。
該研究還揭示了相隔數(shù)千英里的地區(qū)的溫度變化之間的神秘聯(lián)系。當(dāng)北半球特定緯度的溫度上升時，南半球相同緯度的溫度就會下降--就像赤道上的鏡像。
美國宇航局噴氣推進實驗室的高級研究科學(xué)家、該研究的主要作者格倫-奧頓說："這是最令人驚訝的地方。我們發(fā)現(xiàn)在非常遙遠(yuǎn)的緯度上溫度的變化之間有一種聯(lián)系。這類似于我們在地球上看到的一種現(xiàn)象，一個地區(qū)的天氣和氣候模式可以對其他地區(qū)的天氣產(chǎn)生明顯的影響，變化模式似乎通過大氣層在很遠(yuǎn)的距離上'遠(yuǎn)程連接' 。"
下一個挑戰(zhàn)是找出導(dǎo)致這些周期性和看似同步的變化的原因。
"我們現(xiàn)在已經(jīng)解決了難題的一部分，那就是大氣層顯示了這些自然周期，"共同作者英國萊斯特大學(xué)的Leigh Fletcher說。"為了了解是什么在驅(qū)動這些模式，以及為什么它們在這些特定的時間尺度上發(fā)生，我們需要在云層的上方和下方進行探索。"
一個可能的解釋在赤道上變得很明顯。研究作者發(fā)現(xiàn)，平流層中更高的溫度變化似乎以一種與對流層中的溫度行為相反的模式上升和下降，這表明平流層的變化影響對流層的變化，反之亦然。
數(shù)十年的觀察
Orton和他的同事們在1978年開始了這項研究。在研究期間，他們每年都會寫幾次提案，以贏得在全世界三個大型望遠(yuǎn)鏡上的觀測時間：智利的甚大望遠(yuǎn)鏡以及美國宇航局的紅外望遠(yuǎn)鏡設(shè)施和夏威夷茂納克亞天文臺的斯巴魯望遠(yuǎn)鏡。
在研究的前20年里，奧頓和他的隊友們輪流前往這些天文臺，收集關(guān)于溫度的信息，最終使他們能夠?qū)⑦@些點聯(lián)系起來。(到21世紀(jì)初，一些望遠(yuǎn)鏡的工作可以遠(yuǎn)程完成）。
然后是困難的部分--結(jié)合來自幾個望遠(yuǎn)鏡和科學(xué)儀器的多年的觀察結(jié)果來尋找模式。與這些資深科學(xué)家一起進行長期研究的還有幾個本科生實習(xí)生，他們在研究開始時都還沒有出生。他們是加州帕薩迪納的加州理工學(xué)院、加州波莫納的加州理工學(xué)院、俄亥俄州哥倫布的俄亥俄州立大學(xué)以及馬薩諸塞州韋爾斯利的韋爾斯利學(xué)院的學(xué)生。
科學(xué)家們希望這項研究將幫助他們最終能夠預(yù)測木星上的天氣，現(xiàn)在他們對木星有了更詳細(xì)的了解。這項研究可能有助于氣候建模，通過計算機模擬溫度周期以及它們?nèi)绾斡绊懱鞖?-不僅僅是木星，還有我們太陽系內(nèi)外的所有巨行星。
Fletcher說："如果我們能夠?qū)⒛拘谴髿庵械囊蚬P(guān)系聯(lián)系起來，那么測量這些溫度變化和周期是朝著最終擁有一個完整的木星天氣預(yù)報邁出的一步。而更大的愿景是，如果我們有一天能將其擴展到其他巨行星，看看是否有類似的模式出現(xiàn) 。"