天文学家在木星上检测到神秘的温度模式
天文学家在木星上检测到神秘的温度模式
（神秘的地球uux.cn）据cnBeta：部分基于来自几代NASA任务的数据，包括NASA的旅行者号和卡西尼号，一项长达40年的研究可以帮助科学家确定如何预测木星的天气。研究人员刚刚完成了有史以来最长的跟踪木星对流层上部温度的研究。这是这颗巨大行星的天气发生的大气层，也是其标志性的彩色条纹云的形成地。
这项研究通过融合来自美国宇航局航天器和地面望远镜观测的数据进行了40多年。它发现了木星带和区的温度如何随时间变化的意外模式。据科学家称，这项研究代表了朝着更好地理解我们太阳系最大的行星的天气驱动因素并最终能够预测它的方向迈出了一大步。
木星的对流层与地球有很多共同之处：它是云层形成和风暴汹涌的地方。为了了解这种天气活动，科学家需要研究某些属性，包括风、压力、湿度和温度。自从1970年代美国宇航局的先锋10号和11号任务以来，他们已经知道，一般来说，较冷的温度与木星较浅和较白的带子（称为区）有关，而较暗的棕红色带子（称为带）是温度较高的地方。
这些添加了颜色的木星红外图像是由欧洲南方天文台的甚大望远镜在2016年获得的，并为这项新研究做出了贡献。颜色代表温度和云度。较蓝的区域是寒冷和多云的，而橙色的区域是温暖和无云的。信用：ESO / L.N. Fletcher
然而，没有足够的数据集来了解温度如何长期变化。12月19日发表在《自然-天文学》杂志上的这项新研究，通过研究从大气层较温暖区域升起的明亮红外光辉（人眼不可见）的图像，直接测量木星在五彩云层上方的温度，取得了突破。科学家们在木星围绕太阳的三个轨道上以固定的时间间隔收集这些图像，每个轨道持续12个地球年。
在这个过程中，他们发现木星的温度按照明确的周期上升和下降，这与季节或科学家所知的任何其他周期无关。因为木星的季节性很弱--该行星在其轴上的倾斜度只有3度，而地球的倾斜度为23.5度--科学家们没有想到会在木星上发现温度有如此规律的周期变化。
木星是来自太阳的第五颗行星，是太阳系中最大的行星。它是一个气体巨行星，质量约为太阳系中所有其他行星总和的2.5倍。木星有一个厚厚的大气层，主要由氢和氦组成，它有一些独特的特征，包括被称为"带"的暗带和被称为"区"的亮带。木星最有名的特征是大红斑，这是一个巨大的风暴，已经肆虐了几百年。木星有80颗已知的卫星，其中最大的四颗被称为伽利略卫星，以纪念其发现者伽利略。这些卫星是木卫二、欧罗巴、木卫二和卡利斯托。木星也有一些星环，尽管它们比土星的星环要少得多。
该研究还揭示了相隔数千英里的地区的温度变化之间的神秘联系。当北半球特定纬度的温度上升时，南半球相同纬度的温度就会下降--就像赤道上的镜像。
美国宇航局喷气推进实验室的高级研究科学家、该研究的主要作者格伦-奥顿说："这是最令人惊讶的地方。我们发现在非常遥远的纬度上温度的变化之间有一种联系。这类似于我们在地球上看到的一种现象，一个地区的天气和气候模式可以对其他地区的天气产生明显的影响，变化模式似乎通过大气层在很远的距离上'远程连接'。"
下一个挑战是找出导致这些周期性和看似同步的变化的原因。
"我们现在已经解决了难题的一部分，那就是大气层显示了这些自然周期，"共同作者英国莱斯特大学的Leigh Fletcher说。"为了了解是什么在驱动这些模式，以及为什么它们在这些特定的时间尺度上发生，我们需要在云层的上方和下方进行探索。"
一个可能的解释在赤道上变得很明显。研究作者发现，平流层中更高的温度变化似乎以一种与对流层中的温度行为相反的模式上升和下降，这表明平流层的变化影响对流层的变化，反之亦然。
数十年的观察
Orton和他的同事们在1978年开始了这项研究。在研究期间，他们每年都会写几次提案，以赢得在全世界三个大型望远镜上的观测时间：智利的甚大望远镜以及美国宇航局的红外望远镜设施和夏威夷茂纳克亚天文台的斯巴鲁望远镜。
在研究的前20年里，奥顿和他的队友们轮流前往这些天文台，收集关于温度的信息，最终使他们能够将这些点联系起来。(到21世纪初，一些望远镜的工作可以远程完成）。
然后是困难的部分--结合来自几个望远镜和科学仪器的多年的观察结果来寻找模式。与这些资深科学家一起进行长期研究的还有几个本科生实习生，他们在研究开始时都还没有出生。他们是加州帕萨迪纳的加州理工学院、加州波莫纳的加州理工学院、俄亥俄州哥伦布的俄亥俄州立大学以及马萨诸塞州韦尔斯利的韦尔斯利学院的学生。
科学家们希望这项研究将帮助他们最终能够预测木星上的天气，现在他们对木星有了更详细的了解。这项研究可能有助于气候建模，通过计算机模拟温度周期以及它们如何影响天气--不仅仅是木星，还有我们太阳系内外的所有巨行星。
Fletcher说："如果我们能够将木星大气中的因果关系联系起来，那么测量这些温度变化和周期是朝着最终拥有一个完整的木星天气预报迈出的一步。而更大的愿景是，如果我们有一天能将其扩展到其他巨行星，看看是否有类似的模式出现。"
