首次在木星上测量到强大的平流层风

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木星以其独特的红色和白色条纹闻名,旋转的移动气体云层是天文学家传统上用来跟踪木星低层大气中的风向和风速。 天文学家还在木星两极附近看到称为极光的鲜艳光芒,这似乎与行星高层大气中的强风有关。

木星以其独特的红色和白色条纹闻名,旋转的移动气体云层是天文学家传统上用来跟踪木星低层大气中的风向和风速。 天文学家还在木星两极附近看到称为极光的鲜艳光芒,这似乎与行星高层大气中的强风有关。 但是直到现在,研究人员一直无法直接测量平流层这两个大气层之间的风型。

由于在这部分大气中没有云,因此无法使用云跟踪技术来测量木星平流层中的风
速。 但是,天文学家还获得了另一种测量辅助工具,例如:舒梅克-李维九号彗星(Shoemaker-Levy 9),自从它在1994年与木星相撞,这种撞击在木星的平流层中产生了新的分子,它们一直随风而移动。

由法国波尔多天体物理学实验室(Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux in France)的蒂博特·卡瓦利(Thibault Cavalié)领导的一组天文学家追踪到其中一种分子氰化氢,可以直接用来测量木星上的平流层射流。

卡瓦利说:「最壮观的结果是存在强射流,它们的速度高达每秒400米,位于极点附近的极光下。 这些风速相当于时速1,450公里,是木星大红斑的最大风暴速度两倍以上,是地球上最强龙卷风测到的风速三倍以上。 」

卡瓦利补充说:「发现显示,这些喷流的行为可能像一个大旋涡,直径高达地球的四倍,高度约为九百公里。 这种大型的涡旋将成为我们太阳系中独特的气象怪兽(meteorological beast)。 」

卡瓦利说:「天文学家意识到木星两极附近有强风,但是在木星大气中的更高层,比这项研究的重点区域高出数百公里。 先前的研究预测,这些高层大气的风速会降低,并在到达平流层深之前消失。 阿塔卡马大型毫米波/次毫米波阵列(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)射电望远镜的新数据告诉我们的情况刚好相反,在木星两极附近发现这些强烈的平流层风是真正的惊喜。 」

该团队使用了位于智利北部阿塔卡马沙漠中的阿塔卡马大型毫米波/次毫米波阵列射电望远镜66台高精度天线中的42台,分析了自舒梅克-李维九号彗星以来一直在木星平流层中移动的氰化氢分子。 阿塔卡马大型毫米波/次毫米波阵列射电望远镜数据使他们能够测量多普勒频移(Doppler shift)-由分子在此区域内的风引起的分子发射的辐射频率的微小变化。 通过测量这个变化,能够推断出风速,就像人们可以通过改变火车哨声的频率推断出过往火车的速度一样。

除了令人惊讶的极风外,该团队还首次使用阿塔卡马大型毫米波/次毫米波阵列射电望远镜通过直接测量其速度来确认行星赤道周围是否存在平流层强风。 在这部分地区发现的喷流平均时速600公里。

跟踪木星两极和赤道平流层风所需的阿塔卡马大型毫米波/次毫米波阵列射电望远镜观测花费不到30分钟的望远镜时间。 美国西南研究院的科学家表示,我们在短时间内获得的高水平细节确实证明阿塔卡马大型毫米波/次毫米波阵列射电望远镜观测的力量。 能够首次直接测量这些平流层强风对我来说真是令人惊讶。

阿塔卡马大型毫米波/次毫米波阵列射电望远镜的结果为研究木星极光区域开辟了新窗口,这真的是出乎意料之外。 研究团队还为欧洲太空总署预计明年发射升空的木星冰月探测器(JUpiter ICy moons Explorer,简称 JUICE)次毫米波仪器进行类似但更广泛的测量奠定基础。

【图、文:节译自欧洲南方天文台2021年3月18日公布】研究全文刊登在2021年2月26日出版的《天文学及天体物理学报》

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