在将近200年的时间里,人类一直在观察木星上的大红斑(GRS),并想知道这背后的原因是什么。感谢NASA的Juno任务,让我们的观察体验越来越完美。来自JunoCam的新图像揭示了我们太阳系最长寿风暴中的一些更深层细节。

JunoCam是美国宇航局对木星探测任务的可见光仪器。它不是Juno太空船主要科学有效载荷的一部分。它被包含在任务中只是为了让我们感到兴奋和激动,它并没有让人失望。但事实证明,JunoCam的高分辨率图像正在服务于科学目的。

由AgustínSánchez-Lavega(西班牙巴斯克大学)领导的一项新研究使用JunoCam的详细图像来更仔细地观察构成GRS的云的形态。到目前为止,我们对GRS的了解大部分来自之前对木星的任务。首先是航海家的任务,然后是伽利略任务,当然还有哈勃太空望远镜。每个后续任务的图像分辨率都有所提高,但与JunoCam的分辨率无关。

几十年来,木星的大红斑图像已经变得更好了。左边是来自旅行者任务的图像,中间是来自伽利略任务的图像,右边是哈勃太空望远镜图像。图片来源:NASA / ESA / Evan Gough

随着图像质量从150公里/像素提高到7公里/像素,我们对GRS的理解也随之提高。来自Sanchez-Lavega的论文重点关注风暴的五种特殊形态特征:紧密云团,中尺度波,螺旋涡,中心湍流核和细丝结构。

大红斑的JunoCam图像显示:(A)紧凑的云集群; (B)中尺度波; (C)螺旋涡旋; (D)中央湍流核; (E)细长的深灰色细丝的例子。图片来源:NASA / A. Sanchez-Lavega等。人。

  • 紧凑的云团类似于地球大气层中的高积云,可能暗示氨的凝结。

  • 中尺度波是可以指示稳定区域的波包。

  • 螺旋涡旋是半径约为500 km的涡旋,表明强烈的水平风切变。

  • GRS的中心湍流核长约5200公里,约占地球直径的40%。

  • 长度为2,000至7,000千米的大而暗,细长的起伏细丝在涡旋外部以非常高的速度移动。它们可能具有与其他特征不同的组成,或者它们可能是不同的高度。

该研究确定了大红斑中的五种不同形态特征。从上到下:紧凑的云团,中尺度波,螺旋漩涡,中心湍流核和大的暗细丝。图片:美国天文学会/ Sanchez-Lavega等。

该研究确定,尽管GRS的规模在过去的140年中发生了巨大的变化,但自1979年旅行者号任务访问木星以来,风力发生了变化。作者认为,“根深蒂固的动力循环”可以保持这些风速。此外,他们认为GRS顶部丰富的形态反映了云顶的动态。

从研究中:

与之前任务的高分辨率图像进行比较表明,该层动力学的时间变化很大,这主要是由GRS与纬度接近现象的相互作用强化的(Sánchez-Lavega等,1998,2013)。然而,虽然GRS的规模在过去140年中发生了巨大变化(Rogers 1995; Simon等人,2018年),但GRS中的风场在1979 - 2017年期间表现出适度的变化(图6),这意味着根深蒂固动态循环。嵌入在这些风中的丰富的GRS云顶形态反映了系统顶部的动态。

科学家们仍在努力深入了解木星的大气层以及如何形成和维护GRS。Juno宇宙飞船上的仪器将对此有所帮助,哈勃也将如此。Juno的微波辐射计(MWR)旨在研究木星形态惊人的云顶下隐藏的结构。MWR应该能够探测到木星大气层的深度为550公里。它已经显示,表面上可见的一些大气特征实际上延伸到至少300公里的深度。

该研究的作者总结得最好:“我们对GRS动力学的了解将进一步增加,这要归功于正在进行的关于垂直重力探测和Juno上MWR仪器观测的研究,以及来自HST的支持活动,地球上的望远镜,以及计划中未来的詹姆斯·韦伯太空望远镜(Norwood等人,2016年),这种独特而迷人的现象。“