木星上的气旋“海洋”

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图注：“朱诺”号拍摄的木星上旋涡状的云层

图源：Enhanced Image by Gerald Eichstädt and Sean Doran (CC BY-NC-SA)/NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

2011年，NASA发射了“朱诺”号木星探测器。2016年，“朱诺”号进入了木星极轨道，与木星及其79颗（已知的）卫星共舞。“朱诺”探测器向地球发回了许多木星照片，人们得以见识到木星极地区域的气旋。

Lia Siegelman是美国加州大学圣迭戈分校斯克里普斯海洋研究所的博士后。她是一名海洋学家，但她在看到木星极地的气旋照片后，发现这种现象与她博士阶段研究的海洋涡旋有共通之处，于是她决定研究木星上的气旋。在利用流体动力学规律分析“朱诺”号的照片后，她和她的同事们为一个长期以来的假说——“湿对流是这类气旋的驱动力”——提供了更充分的证据。这项研究近期发表在《自然·物理学》上。

“当我看到木星气旋的边缘布满丝状和小旋涡状的扰动时，我想起了我曾在（地球的）洋流旋涡周围看到的那种扰动，”Siegelman说 ，“这些扰动在高分辨率照片上非常明显。”

图注：斯克里普斯（Scripps）海洋研究所位于圣迭戈海滨的小丘上，风景优美，眺望可见沙滩、海浪和栈桥。

木星的能量系统的体量比地球大的多，而研究木星能量系统运行过程中的物理规律也有助于我们理解地球上的类似现象。

“能够研究如此遥远的星球，并且发现那里的规律也可以适用于地球，这种感觉太棒了！”Siegelman告诉我们。

“朱诺”号是第一个捕捉木星极地区域图像的探测器。在它之前的木星探测器处于木星赤道轨道，拍摄了许多关于木星著名的“大红斑”的照片。“朱诺”号携带有两台成像系统，一个拍摄可见光波段，另一个则是热成像的红外波段。

图注：2017年，“朱诺”号红外波段拍摄的位于木星南极的六个气旋

图源：NASA/JPL-Caltech/SwRI/ASI/INAF/JIRAM

Siegelman等研究者们分析了红外波段的木星北极图像，特别是极区涡团的图像。他们首先根据一系列图像计算出涡旋中的“风速”。接下来，他们利用红外波段的信息测定云层的厚度，较热的区域对应薄云层，在这些区域能够看到木星大气更深的地方，较冷的区域对应遮挡了木星大气的厚云层。

研究者们通过这些信息得知木星大气体系的能量。在较热而密度较低的气体上升时，木星上会产生“云层”，这些热气体正是木星极区气旋的能量来源之一。

自2016年抵达木星后，“朱诺”号首次传回了木星极区巨大气旋的图像，它们的直径在4000-6000千米左右。在木星的北极有8个外周气旋围绕着一个中心气旋，南极则有5个外周气旋围绕着一个中心气旋。我们尚不清楚这些气旋是何时形成的、又是如何形成的，现在我们知道了湿对流是维持这种气旋的力量之一。

“朱诺”号将在2025年前一直环绕木星，并继续传回崭新的照片。

图注：这张拍摄于2021年11月29日，朱诺号第38次飞越木星时的图像显示了木星的两场巨大的旋转风暴。

图源：NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS Image processing: Kevin M. Gill CC BY