NASA朱诺探测器首次提供木星大气层的3D视图 以及大红斑的内部运行情况

美国宇航局（NASA）围绕木星运行的朱诺探测器的新发现提供了一幅更全面的图景，说明这颗行星独特而多彩的大气特征如何为其云层下不为人知的过程提供线索。这些结果强调了环绕木星的云带和云区、木星的极地气旋以及大红斑的内部运作情况。

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研究人员周四在《科学》杂志和《地球物理研究：行星》杂志上发表了几篇关于朱诺大气层发现的论文。其他论文出现在最近的两期《地球物理研究通讯》上。

NASA行星科学部主任Lori Glaze说：“朱诺号的这些新的观测结果为木星神秘的可观测特征打开了一个新的信息宝库。每篇论文都揭示了该行星大气过程的不同方面--这是我们的国际多元化科学团队如何加强对我们太阳系理解的一个绝好例子。”

朱诺号在2016年进入木星的轨道。迄今为止，在航天器37次飞越这颗行星的过程中，一套专门的仪器在其动荡的云层下面进行了观察。

“以前，朱诺号给我们带来了惊喜，暗示木星大气层中的现象比预期的要深，”来自美国西南研究院的朱诺号首席调查员、《科学》杂志关于木星涡旋深度论文的主要作者Scott Bolton说。“现在，我们开始把所有这些单独的碎片放在一起，并首次真正了解木星美丽而剧烈的大气层是如何运作的--以3D方式。”

朱诺号的微波辐射计（MWR）使任务科学家能够在木星的云顶之下进行窥视，并探测其众多涡旋风暴的结构。这些风暴中最有名的是被称为大红斑的标志性反气旋。这个深红色的风暴的直径比地球还大，自从近两个世纪前被发现以来，一直吸引着科学家。

新的结果显示，气旋在顶部更温暖，大气密度更低，而在底部更冷，密度更高。反气旋，其旋转方向相反，顶部更冷，但底部更暖。

研究结果还表明，这些风暴比预期的要高得多，一些风暴延伸到云顶以下60英里（100公里），而其他风暴，包括大红斑，延伸到200多英里（350公里）。这一惊奇的发现表明，旋涡覆盖的区域超出了水凝结和云层形成的区域，低于阳光温暖大气的深度。

大红斑的高度和大小意味着大气质量在风暴中的集中可能会被研究木星重力场的仪器探测到。朱诺号在木星最有名的地方进行了两次近距离飞越，提供了搜索风暴重力特征的机会，并补充了MWR关于其深度的结果。

随着朱诺号以大约13万英里/小时（20.9万公里/小时）的速度在木星的云层上低空飞行，朱诺号的科学家们能够使用美国宇航局的深空网络追踪天线，在超过4亿英里（6.5亿公里）的距离上测量每秒0.01毫米的速度变化。这使研究小组能够将大红斑的深度限制在云顶以下约300英里（500公里）。

NASA喷气推进实验室的朱诺号科学家、《科学》杂志上一篇关于大红斑重力飞越的论文的主要作者Marzia Parisi说：“在2019年7月的飞越期间，获得大红斑的重力所需的精度是惊人的。能够补充MWR在深度上的发现给了我们极大的信心，未来在木星的重力实验将产生同样耐人寻味的结果。”

云带和云区

除了气旋和反气旋之外，木星还以其独特的云带和云区而闻名--白色和红色的云带，环绕着木星。以相反方向移动的强劲的东西向风将这些带子分开。朱诺号之前发现，这些风，或称喷流，深度约为2000英里（大约3200公里）。研究人员仍在试图解开喷射流如何形成的谜团。朱诺的MWR在多次经过时收集的数据揭示了一个可能的线索：大气层中的氨气与观察到的喷流明显一致地上下移动。

以色列魏兹曼科学研究所的研究生、《科学》杂志关于木星上类似于费雷尔细胞的论文的主要作者Keren Duer说：“通过跟踪氨气，我们在北半球和南半球都发现了性质类似于费雷尔环流圈(Ferrel cell)的环流圈，它们控制着我们在地球上的大部分气候。地球每个半球有一个费雷尔环流圈，而木星有八个--每个至少大30倍。”

朱诺的MWR数据还显示，在木星水云下约40英里（65公里）处，云带和云区经历了一个过渡。在浅层，木星的带子在微波光中比邻近的区域更亮。但是在更深的层次，在水云下面，情况正好相反--这揭示了与我们海洋的相似性。

英国莱斯特大学的朱诺号参与科学家、《地球物理研究》杂志上这篇论文的主要作者Leigh Fletcher说：“我们把这一层称为'Jovicline'，以类比地球海洋中的一个过渡层，即所谓的温线--海水从相对温暖急剧过渡到相对寒冷。”

极地旋风

朱诺号之前在木星的两极发现了多边形排列的巨大旋风风暴--在北方有八个八角形排列，在南方有五个五角形排列。现在，五年后，任务科学家利用航天器的木星红外极光成像仪（JIRAM）的观测，确定这些大气现象具有极强的弹性，保持在相同的位置。

罗马国家天体物理研究所的朱诺号共同研究员、最近发表在《地球物理研究快报》上的一篇关于木星极地气旋的振荡和稳定性的论文的主要作者Alessandro Mura说：“木星的气旋相互影响运动，导致它们围绕一个平衡位置进行振荡。这些缓慢振荡的行为表明，它们有很深的根源。”

JIRAM的数据还表明，就像地球上的飓风一样，这些气旋想要向极地移动，但是位于每个极地中心的气旋将它们推回。这种平衡解释了气旋所处的位置和每个极点的不同数量。

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