研究人員使用VLT系外行星獵人研究木星的風 _系外行星

美國國家航空航天局的朱諾飛船于2022年2月拍攝的木星圖像。這個黑點是木衛(wèi)三的影子。彩色圖案由不同高度的云形成，主要由氨冰、硫氫化銨和水組成。學分:美國國家航空航天局/JPL加州理工學院/SwRI/MSSS 。Thomas Thomopoulos的圖像處理
據(jù)里斯本大學：在一項關(guān)于木星風的研究中，一臺尋找光年外行星的儀器首次被用于太陽系的一個物體上。
我們發(fā)現(xiàn)自己處在一個發(fā)現(xiàn)圍繞另一顆恒星運行的行星幾乎已經(jīng)司空見慣的時代，已經(jīng)有超過5000顆行星被記錄在案。第一個納入這個列表的遙遠世界主要是巨型行星，類似于木星和土星，但在許多方面也非常不同。
天體物理學家已經(jīng)開始獲得系外行星大氣的數(shù)據(jù) ，但是關(guān)于太陽系中最大的行星大氣的基本問題仍然沒有答案。為了了解木星的云層和空氣層發(fā)生了什么，有必要在連續(xù)的觀測中研究它隨時間的變化。
一臺為尋找和分析數(shù)光年之外的世界——系外行星而開發(fā)的儀器首次被指向太陽系中的一個目標，距離地球43光分鐘:木星。
葡萄牙里斯本大學科學學院天體物理學和空間科學研究所(IA)的研究人員使用安裝在歐洲南方天文臺(ESO)VLT望遠鏡上的ESPRESSO攝譜儀測量木星的風速。這些結(jié)果現(xiàn)在發(fā)表在《宇宙》雜志上。
該團隊開發(fā)的方法被稱為多普勒測速儀，基于目標行星大氣中的云層對太陽可見光的反射。這種反射光的彎曲波長與云層相對于地球上望遠鏡的移動速度成正比。這給出了觀測點的瞬時風速。
現(xiàn)在用于濃縮咖啡的方法是由IA的行星系統(tǒng)研究小組開發(fā)的，與其他光譜儀一起研究金星的大氣。幾年來，研究人員一直在測量這顆鄰近行星的風，并為其大氣建模做出貢獻。
這種方法在諸如ESPRESSO這樣的“頂級”儀器上的探索性應用取得了成功，為我們了解宇宙鄰居打開了新的視野。這項工作證實了系統(tǒng)監(jiān)測氣態(tài)行星上最遙遠的大氣層的可行性。
在2019年7月的五個小時里，該團隊將VLT望遠鏡對準了木星的赤道區(qū)，那里的輕云位于更高的高度，以及這顆行星的南北赤道帶，這對應于下降的空氣，并在更深的大氣層中形成了黑暗、溫暖的云帶。

ESPRESSO攝譜儀控制臺，在智利帕拉納爾天文臺用VLT望遠鏡觀測木星期間。信用:佩德羅馬查多。
來自ia和Ciências ULisboa的Pedro Machado說:“木星的大氣，在從地球上可以看到的云層水平上，含有氨、硫氫化銨和水，它們形成了明顯的紅色和白色帶，”上層云層位于0.6到0.9巴的壓力區(qū)，由氨冰組成。研究人員補充說:“水云形成了密度最大的最低層，對大氣動力學的影響最大。”
借助ESPRESSO，該團隊能夠測量木星上60至428公里/小時的風速，不確定性小于36公里/小時。這些通過高分辨率儀器應用于氣態(tài)行星的觀測結(jié)果面臨著挑戰(zhàn):“其中一個困難集中在在木星盤面上的‘導航’，也就是說，由于VLT望遠鏡的巨大分辨率，我們要準確知道我們正在指向行星盤面上的哪個點，”Pedro Machado解釋道。
“在研究本身中，困難與這樣一個事實有關(guān)，即當木星在赤道上以每秒10公里的速度旋轉(zhuǎn)時，我們以每秒幾米的精度確定風，并且，由于它是一顆氣態(tài)行星，而不是一個剛體，它以不同的速度旋轉(zhuǎn)，取決于我們觀察點的緯度，”研究人員補充道。
為了驗證地球上望遠鏡的多普勒測速儀測量木星上的風的有效性，該團隊還收集了過去獲得的測量結(jié)果，以便比較結(jié)果。大多數(shù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)是由太空中的儀器收集的，并使用了不同的方法，包括通過跟蹤附近時間拍攝的圖像中的云模式來獲得平均風速值。
這段歷史和現(xiàn)在發(fā)表的研究中測量的值之間的一致性證實了在一個從地球上監(jiān)測木星風的項目中實施多普勒測速術(shù)的可行性。
監(jiān)測將使研究小組能夠收集關(guān)于風如何隨時間變化的數(shù)據(jù)，并將對開發(fā)木星大氣全球循環(huán)的可靠模型至關(guān)重要。
這個計算模型應該能夠再現(xiàn)不同緯度的風和木星風暴的差異，以幫助理解我們在這顆行星上觀察到的大氣現(xiàn)象的原因。相反，該模型將有助于為未來的觀測做準備，提供望遠鏡視野內(nèi)云層的壓力和高度信息。
該團隊打算將ESPRESSO的觀測范圍擴大到木星圓盤的更大范圍，并在行星的整個自轉(zhuǎn)周期(近10小時)內(nèi)暫時收集風數(shù)據(jù) 。將觀測限制在某些波長范圍內(nèi)還將有可能測量不同高度的風，從而獲得關(guān)于空氣層垂直輸送的信息。
一旦掌握了太陽系最大行星的技術(shù)，該團隊希望將其應用于其他氣態(tài)行星的大氣層，土星是下一個目標。
ESPRESSO的這些觀測的成功證明是重要的，因為它的繼任者ANDES正在為未來的超大型望遠鏡(ELT)設(shè)計，該望遠鏡也來自歐洲南方天文臺，目前正在智利建造，還有歐洲航天局的未來JUICE任務(wù)，專門研究木星，將提供更多數(shù)據(jù) 。