朱諾航天器傳回的最新觀察結(jié)果正在幫助天文學(xué)家們以前所未有的細(xì)節(jié)揭露木星表面的自然環(huán)境。其中的許多發(fā)現(xiàn)都是之前始料未及的。
自從2016年7月開始，朱諾航天器用53天的時(shí)間環(huán)繞這顆太陽系最大的行星飛行。由于航天器會(huì)從包圍木星的強(qiáng)輻射區(qū)域穿入和穿出，所以它能夠非常清楚地觀察到木星的兩極。今年5月底，《科學(xué)》雜志發(fā)表了兩篇基于朱諾的第一次觀察結(jié)果的文章。這些文章展現(xiàn)了全新的木星內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及其地表大氣層和磁層的狀況。當(dāng)然，來自朱諾的觀察結(jié)果并不是幫助人們了解木星的唯一途徑，有科學(xué)家使用位于美國夏威夷莫納克亞山的地面望遠(yuǎn)鏡同步觀測木星，同樣有助于對木星的研究。
朱諾曾經(jīng)多次飛過木星的極地區(qū)域，并拍下了其表面令人難以想象的氣旋圖片，這些氣旋中有一些幾乎和地球表面的一樣巨大。
木星的赤道地區(qū)可見帶狀結(jié)構(gòu)，而在這些照片上的極地區(qū)域卻未發(fā)現(xiàn)。在木星的南極區(qū)域也不存在像之前的卡西尼探測器在土星北極的大氣層中觀察到的六邊形或中心渦流。在木星兩極之上，似乎還存在著成分未知的高空薄云霧層。
朱諾的輻射探測器能夠探測到之前從未探測到的350千米的大氣層深度。這已經(jīng)深入到了我們通常在可見光照片中看到的冷凍氨云以下，這里的大氣壓比地球表面大氣壓高240倍。
自從旅行者探測飛船第一次觀測到木星大氣的成分和構(gòu)造以來，天文學(xué)家們已經(jīng)對木星的天氣系統(tǒng)進(jìn)行了大量和有效的研究。但是與朱諾最新的觀測結(jié)果相比，之前的最深入的大氣測量結(jié)果仍舊是很膚淺的。
之前只在木星的某一個(gè)特定區(qū)域，對100千米深度的大氣層進(jìn)行研究。那是在1995年，伽利略探測飛船下降到了被稱為“熱點(diǎn)”的區(qū)域——發(fā)出強(qiáng)烈的紅外光的氨云之中。伽利略飛船的探測器出人意料地發(fā)現(xiàn)，在這個(gè)區(qū)域沒有任何的水蒸氣云，而并不是如之前人們預(yù)測的那樣。
現(xiàn)在，朱諾的輻射探測器第一次實(shí)現(xiàn)了對木星深層大氣的探測，發(fā)回的圖像中展示出帶狀圖案一直延伸至云層頂端以下。
對于木星表層大氣的氨含量的測量顯示，其與地球表面大氣層有相似的哈德里環(huán)流圈活動(dòng)。在地球的哈德里環(huán)流圈中，熱空氣在赤道地區(qū)上升，向極地方向移動(dòng)，之后逐漸冷卻，在溫?zé)釒У貐^(qū)下墜，在地表附近回流到赤道，形成閉合環(huán)流。
朱諾任務(wù)的目標(biāo)之一就是測量木星大氣層中的水含量，這有助于科學(xué)家們理解太陽系的形成。至今為止，朱諾已經(jīng)確認(rèn)，木星表面大氣層中的確是有濕度低于10%的非常干燥的“熱點(diǎn)”。
自從上世紀(jì)50年代發(fā)現(xiàn)了木星會(huì)發(fā)射強(qiáng)大的無線電波以來（這意味著在木星周圍存在磁場），每個(gè)新的太空任務(wù)都會(huì)逐漸對復(fù)雜的木星磁層結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)進(jìn)行補(bǔ)充。朱諾任務(wù)的目標(biāo)就在于以前所未有的方式增加人們對于磁場產(chǎn)生過程的了解，并且更細(xì)致地補(bǔ)充木星磁層的細(xì)節(jié)。
木星的磁層和大氣層之間相互作用的最壯觀的結(jié)果就是極光，與地球的南極或北極的極光十分類似。朱諾探測器上的JADE、JEDI和Waves儀器被用來測量在木星極地區(qū)域下降并且撞入大氣層的粒子的能量，其中主要是氫氣放射的能量，也就是我們看到極光的原因。這些光的紫外和紅外光譜能夠使得我們可以測量木星大氣層的頂層是如何升溫和冷卻的，并且使得我們可以了解木星磁層的動(dòng)力學(xué)。
那么，我們?yōu)槭裁匆⒁獯艑幽�？行星的磁層就像一個(gè)保護(hù)罩，它保護(hù)行星使其免受外太空對生命有害的宇宙射線的影響。只有具有磁場的行星才具有磁層，幸運(yùn)的是，地球是有磁場的。但是在太陽系里，除了地球只有巨行星才具有同樣可觀的磁層。朱諾在距離木星前所未有的近距離上測量木星的磁層，測量結(jié)果與之前所用的模型預(yù)測的結(jié)果是完全不同的。觀測到的磁層比之前預(yù)測的強(qiáng)度要強(qiáng)得多，并且其空間的差異也更大。因?yàn)榇艌鍪窃谛行呛酥型ㄟ^發(fā)電過程形成的，上述觀測結(jié)果表明形成磁場的區(qū)域?qū)嶋H上比之前預(yù)測的大得多。反過來說，如果將這些測量結(jié)果與朱諾對木星的引力場的測量結(jié)果結(jié)合起來看的話，之前對于行星核的設(shè)想就必須修正。例如，教科書中關(guān)于十分緊湊的金屬氫核的描述就與朱諾的觀測結(jié)果不一致。金屬氫核可能有木星半徑一半那么大。
在朱諾探測器接近木星，對木星的氣候、磁場和引力做出極限觀測的同時(shí)，地球上的巨型望遠(yuǎn)鏡也在對這個(gè)巨行星的影像和光譜進(jìn)行著觀測以支持這項(xiàng)任務(wù)。雖然這種觀測的分辨率不能與朱諾發(fā)回的圖片相提并論，但是地面望遠(yuǎn)鏡可以觀測到整個(gè)木星。
在今年5月19日朱諾第六次接近木星的時(shí)候，科學(xué)家在地球上也利用夏威夷莫納克亞山的望遠(yuǎn)鏡對木星進(jìn)行了觀測。美國夏威夷雙子座望遠(yuǎn)鏡上的高分辨率的紅外光譜儀記錄了在木星兩極的極光氫發(fā)射的全部景象，昴星望遠(yuǎn)鏡則拍攝下了相同區(qū)域的紅外圖像。
朱諾獨(dú)特的軌道使得其可以拍攝到之前都沒有拍到的圖像。它的探測器也比之前造訪木星的飛船的探測器要好得多。這次任務(wù)的最初結(jié)果已經(jīng)指明了未來的研究方向，或者至少對木星大氣層、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和磁場的模型的調(diào)整。同時(shí)，對于太陽系最大的巨行星的研究會(huì)有助于人類了解在其他恒星周圍的與其相似但是溫度更高的行星。
責(zé)編：微科普