木星的大红斑可以并排装下2个地球,它到底有多深呢?
木星是太阳系体积和质量都最大的行星,表面被浓密的大气层所覆盖。为了探测太阳系内这个最巨大、最具特点的行星,从上世纪70年代开始,美国先后向木星发射了诸多探测器(包括路过的深空探测器),用以近距离地观察和分析木星的结构、气体组成、磁场状态以及卫星状况等。这些探测器包括先锋10号、旅行者1号和2号、伽利略号、惠更斯号、新视野号等,传回了大量珍贵的图像和数据。2011年,美国又发射了专门探测木星及其卫星的朱诺号探测器。
在罗马神话中,众神之王朱庇特为了隐藏自己的本性,将自己笼罩在云雾之中,但是他的妻子朱诺女神,却能够透过云雾窥探他的举动行为和本来面目。因此,2011年发射的探测器冠以朱诺之名,就是想通过这颗探测器,来突破木星设置的浓密大气层这道屏障,来寻找其起源和演化的线索。
通过以上探测器特别是朱诺号的探测活动,人们更加精准地了解到木星的体积、半径和质量,也知道了木星大气层的主要成分是氢气和氦气,其中氢气占比高达90以上,另外还有少量的甲烷、水蒸气、氨气、乙烷、硫化氢、氧气等。除此之外,人们对木星的结构也有了初步的认知,在浓密的大气层下,受高压影响,分布着一层液态氢层,而内核区则是温度高达3万摄氏度、4000万个标准大气压的状态,组成物质可能是硅酸盐、铁、镍等组成的混合体。
木星的大红斑是木星另外一个显著的特点,在17世纪时,人们就用望远镜观察到了这个木星表面奇特的景观。而通过朱诺号的近距离观察,对大红斑又有了新的了解。其直径可达2。5万公里,并排可以容纳2个地球,每6个地球日大红斑就逆时针转动一圈。
科学家推测,大红斑是木星上一个巨大的气旋结构,之所以在很长时间里一直存在,原因很有可能是它有着独特的能量补充机制。由于木星的内核仍然非常活跃,而且蕴藏的能量十分巨大,所以无时无刻不以微波的形式将内部热量散发出去,由于行星的温度随着深度的增加而升高,这些辐射的频率在靠近木星表面的地方会更高。随着大红斑内大气物质的剧烈垂直运动,在此过程中接受来自周围气体流动形成的能量,并且能保持能量平衡的状态。
那么,作为一个比两个地球还宽的大红斑,观测到数百年来一直在剧烈地翻腾,它到底有多深呢?这个问题其实也是长期以来天文学家们非常感兴趣的领域,而且主流观点认为它的深度应该与木星最外层大气层的厚度差不多(上万公里)。不过,近期,有研究团队通过应用微波观测和重力测量相结合的方式,初步推测出了它的深度,结果非常出乎人们的意料。
之前发射的朱诺号探测器,配备了一种专门用于测量微波强度的设备,即微波辐射计,这种设备可以通过6个不同的频率,来调谐到木星的微波传输,而每个值都对应着不同的深度。研究团队就是通过这个微波辐射计测量出的数值,创建了木星表面大气层的热图,然后从这个热图中寻找不同高度下倾向于圆形的特征,最终达到探测气体漩涡深度的目的。
通过相关操作和分析,研究团队以大红斑为研究对象,发现大红斑的根部,只延伸到云层下方240公里处,再深的话微波辐射计就探测不到了。这个数值与之前科学家们认为的大相径庭。
为了进一步探索,研究人员利用了另外一种方法,即研究木星重力场的扭曲特征,这种扭曲效应对朱诺号也会产生一定的影响,从而改变其速度和航向。从朱诺号传回的数据,是通过特定频率的无线电信号发回地球的,而朱诺号运行轨道的轻微改变,也会对这些无线电信号产生影响。正是通过这个微弱的变化,研究团队精确测量出了木星表面的引力场和大红斑漩涡的延伸深度。
通过重力场数据的测算结果,大红斑的根部应该在木星云顶之下延伸500公里左右的区域,之所以这个数值与先前推测的仍然有很大出入,主要原因就在于在这个根部上,大线斑的气流状态没有出现明显的中断,而是从上至下逐渐地变弱、变小直至消失,同时也由于朱诺号接收信息的分辨率问题,对于太小的细节根本无法解析所致。
通过近年来对大红斑的持续观测,人们发现大红斑的大小、变化速度以及颜色都在持续发生着一些变化,至于最终大红斑的命运如何,也就是说它在未来还是依旧这样剧烈旋动,还是逐渐变小并最终消失,答案势必隐藏在木星浓密云层之下。
为了更好地研究木星,朱诺号的服役年限目前已经延长了4年,目前正在向着木星北极移动,在那里,有另外一个大型的风暴在等着它。当飞越这个漩涡时,通过朱诺号的监测数据,人们可以用同样的方法测量它的结构、稳定性和深度,继而与大红斑进行比较,届时我们将会了解更多木星大气层内部的运动规律。
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