朱诺号发现木星之水的秘密

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自1995年伽利略号任务(Galileo)后迄今,朱诺号(Juno)首度公布其科学成果,探索并测量木星大气中的水量。论文中指出:木星赤道地区的大气中,约仅0.25%是水分子,这个量看起来很少,不过已经是太阳大气的3倍了。相关论文发表在自然天文(Nature Astronomy)期刊中。

自1995年伽利略号任务(Galileo)后迄今,朱诺号(Juno)首度公布其科学成果,探索并测量木星大气中的水量。论文中指出:木星赤道地区的大气中,约仅0.25%是水分子,这个量看起来很少,不过已经是太阳大气的3倍了。相关论文发表在自然天文(Nature Astronomy)期刊中。

行星科学家肖想精确测量木星大气中的含水量已经数十年了,因为他们认为这是有关太阳系形成最关键的一块拼图。木星很可能是太阳系里第一个诞生的行星,主要由没被太阳吸走的气体和尘埃所组成。现行理论认为木星的形成是以它吸收的水量为基础。而水含量多寡与木星的大气气象(环流)和内部结构有重要相关。航海家号和其他太空船曾侦测到木星大气中的闪电现象,也暗示了木星大气中有水的存在。虽然这种种都与水有关,但却一直无法精确估计木星大气中的水含量。

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图说:朱诺号在2017年12月16日飞掠木星时拍摄的影像。Credit: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. GillJupiter

在1995年12月,伽利略号以冲入木星大气自杀的方式结束任务之前,最后的任务就是一路以光谱仪侦测木星大气中的水含量,总共传送了57分钟,直到木星大气约120公里深、大气压22巴(bar)之处。不过分析侦测资料后所得结果,比科学家预期的水含量还少10倍左右,让这些科学家不解而沮丧。(编注:巴为大气压单位,地球表面1标准大气压为1.01325巴。)

还有更多意外:伽利略号在120公里深测到的含水量其实还在增加的趋势线上,远低于理论预测大气应该会混合的地方。一个混合良好的大气,同一区域内各处的水含量相差不大,甚至可能表现全球均一的模式。与地面望远镜的红外资料综合后,结果显示伽利略号太空船不够幸运,取样的地方刚好是木星异常干燥与温暖的天气区。但是,根据朱诺号最新观测结果,木星大气云顶以下之处的混合程度并不好,事实上,水汽在此的变动可能很大。

朱诺号于2011年发射升空,目的之一就是能从木星上空测量大范围的水含量。透过这艘太空船上的微波辐射计(Microwave Radiometer,MWR)的6个天线,可以同时测量不同深度的大气温度。WMR是利用水会吸收特定波长的微波辐射的原理来运作,如同微波炉能快速加热食物一样。而之所以要测量温度,是希望能得出大气深处的水和氨的含量范围,这两种分子都会吸收微波辐射。

这些科学家取用朱诺号最初8次飞掠木星的测量资料进行分析而得出上述结果。他们最初集中分析木星赤道一带的状况,因为他们认为赤道区的混合情况会比其他区域好,即使在大气深处也是如此。朱诺号能探测至150公里深的大气深处,此处大气压力约33巴,比伽利略号还深了许多。结果发现赤道区的水比伽利略号当初测得的还多许多,这些科学家表示:因为木星赤道区相当独特,他们必须比对结果,才能知道其他地区的水含量有多少。

朱诺号环绕木星一周约53天,轨道会缓缓向北移,每绕一周,就能带来更清晰的木星北半球测量结果。这些科学家渴望知道大气中的水含量是否会随纬度和区域不同而不同,以及气旋丰富的极区能提供全木星水含量的线索,因此未来将继续朝这方向努力。(编译/张桂兰)

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