朱诺号发现木星的重力场是倾斜的
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朱诺号发现木星的重力场是倾斜的

2019年12月02日 19:22:00
来源:天文在线

自2016年7月建立绕木轨道以来,“朱诺”号一直在发回有关木星大气层、磁场和天气模式的重要信息。众所周知,每绕近木点一圈,需耗时53天,朱诺就会向我们展示更多关于木星的趣事,科学家们将依靠这些事情来更多地了解木星的形成和演化。

在一次探测中,探测器朱诺成功地提供了迄今为止最为详细的火星内部情况。通过此次探测,我们了解到强有力的木星磁场是倾斜的,其南北半球有不同的模式。犹他州普罗沃举行的美国天文学会行星科学分会第48次会议上分享了这些发现。

自从天文学家开始用强大的望远镜观察木星以来,他们已经注意到它的漩涡状带状外观。这些五颜六色的橙色、棕色和白色条纹是木星大气成分产生的结果,大气成分主要由氢和氦构成,但也含有氨晶体和暴露在阳光下会变色的化合物。

美国宇航局的朱诺号宇宙飞船点燃主引擎减速进入木星轨道的插图

来源:美国国家航空航天局/洛克希德·马丁公司

到目前为止,研究人员还不清楚这些条带是局限在大气层的浅层,还是深入到行星的内部。解答这个问题是“朱诺”号任务的主要目标之一。“朱诺”号一直在研究木星的磁场,以了解木星内部的大气层是如何工作的。根据这一研究结果,“朱诺”号研究小组得出结论:富含氢的气体在地球深处的流动是不对称的。

在今年出版的《地球物理研究快报》上,这些发现同样出现在了一篇题为《木星内部结构模型与朱诺重力测量及稀释核心的作用》的论文中。这项研究由加州大学伯克利分校的研究生肖恩·沃尔主持,成员包括威兹曼科学研究所、西南研究所、美国宇航局戈达德太空飞行中心和喷气推进实验室。

另一个有趣的发现是,木星的重力场会随着深度的变化而变化,这表明物质可向下流动至3000公里(1864英里)。结合以前的近木点获得的信息,这一数据表明,木星的核心很小且难以定义。这与之前的木星模型截然不同,之前的模型认为木星外层是气态的,而内部是由金属氢和岩石内核组成的。

法国尼斯蓝色海岸天文台的行星科学家,同时也是这项研究的联合作者之一特里斯坦·吉洛表示,“这些发现出乎我们的意料,我们根本不确定我们是否能够看到……很明显,巨大的行星有很多秘密。”

插图展示了朱诺号的微波辐射计对木星大气深处的观测。这幅图像显示了6个MWR通道的真实数据,按波长排列。

来源:美国国家航空航天局/ SwRI /喷气推进实验室

当然,还需要更多的数据来确定气体在不同深度的流动强度,从而解决木星内部结构的问题。与此同时,“朱诺”号的科学家们正在仔细研究探测器的重力数据,希望能从中学到其他东西。例如,他们还想知道大红斑能够在大气层中延伸多远。

这种反气旋风暴在17世纪首次被发现,是木星最著名的特征。其直径约为16000公里(10000英里),风速可达每秒120米(432公里/小时;在它的边缘。朱诺号相机已经拍摄了一些非常令人印象深刻的风暴图片,其他数据表明风暴可能会持续很久。

事实上,在2017年7月10日,“朱诺”号探测器在距离大红斑9000公里(5600英里)的范围内通过,这发生在它环绕木星的第六次轨道上。探测器配备了八套针对风暴的科学仪器,探测到的读数表明,大红斑也可能延伸至数百公里,甚至更深。

加州理工学院的行星科学家、该研究的合著者戴维·史蒂文森在会议上说,“目前还不清楚它的深度是否会显示在重力数据中。但我们正在尝试”。

木星的大红斑。由朱诺号在距离大气层9000公里(5600英里)的地方拍摄。

来源:美国国家航空航天局

自进入木星轨道以来,“朱诺”号展示给我们的其他重大惊喜还包括发现了位于每个极点的气旋群。当探测器第一次环绕地球时,从一个极点到另一个极点,探测器上的仪器都能看到可见光和红外波段的图像。“朱诺”是历史上第一个以这种方式环绕地球的太空探测器,这些风暴之前也是不为科学家们所知的。

“朱诺”号总共在木星北极周围发现了8个气旋性风暴,在其南极周围发现了5个气旋性风暴。科学家们对这些现象感到尤其惊讶,因为计算机模型显示,由于木星上的极地旋转风,这样的小风暴在两极附近并不稳定。正如在报告中所指出的,这个问题的答案可能与一个被称为涡流晶体的概念有关。

美国国家航空航天局喷气推进实验室的行星科学家、这项研究的合著者之一法赫雷丁·塔巴塔巴-瓦基里解释说,当小漩涡形成并持续存在时,这些晶体就形成了,因为它们所嵌入的物质继续流动。这种现象在地球上以旋转的超流体的形式出现,木星的旋转磁极可能具有类似的动力学。

在“朱诺”号环绕木星运行的短暂时间里,它揭示了木星的大气层、内核、磁场和内部动态。在这一任务完成很长一段时间后,朱诺号将在木星大气层中坠毁,科学家们将可能会筛选获得的所有数据,希望能解决来自太阳系最大的行星所留下的谜题。