木星可能比地球上发现的水多很多倍

木星的这张照片是由美国国家航空航天局（NASA）的朱诺（Juno）太空船拍摄的。美国宇航局

1995年12月7日，美国宇航局历史悠久的伽利略探测器以106,000英里/小时的速度冲入木星大气层，将58分钟的数据传回地球，然后将其粉碎到这颗巨大的行星内部的深处。

在大气成分方面，探针测得的一些结果符合预期。但是也有一些惊喜，其中最令人困惑的是伽利略进入的区域比天体物理学家所预期的更干燥。木星的79颗卫星主要由冰制成，因此可以认为地球的大气层中会包含大量的水。如果是这样，那一天750磅重的探针没有找到。

大约四分之一世纪之后，专家们仍在争论木星的啸叫大气层中可能有多少水在回旋。一个国家科学家团队（包括克莱姆森大学天体物理学家MátéÁdámkovics）最近进行的研究表明，答…案很多。

科学学院物理与天文学系助理教授Ádámkovics说：“通过制定和分析使用地面望远镜获得的数据，我们的团队已经发现了木星大红斑表面深处的水的化学特征。”“木星是一个天然气巨人，其质量是我们所有其他星球总和的两倍以上。尽管木星大气的99％是由氢和氦组成的，但即使是如此巨大的行星上的太阳部分水，也将增加大量的水，比地球上的水多很多倍。”

Ádámkovics的合作研究最近在《天文杂志》上发表，这是世界上最重要的天文学杂志之一。他是一个团队的成员，其中包括NASA的Gordon L. Bjoraker；加州大学伯克利分校的Michael H. Wong和Imke de Pater；马里兰大学的Tilak Hewagama；加州理工学院的格伦·奥顿（Glenn Orton）。该论文的标题是“木星大红色斑点的气体成分和深云结构”。

该小组将目光投向了大红色斑点，这是像飓风一样的风暴，其宽度是地球的两倍多，而在木星的天空上已经有150多年的历史了。该团队使用两种仪器在地面望远镜上收集的辐射数据寻找水：NASA红外望远镜设施上的iSHELL和Keck 2望远镜上的近红外光谱仪，这两个仪器均位于夏威夷毛纳基亚的遥远山顶上。 。 iShell是一种高分辨率仪器，可以检测整个色谱范围内的各种气体。凯克2号是地球上最灵敏的红外望远镜。

研究小组在“大红色斑点”中发现了三个云层的证据，其中最深的云层为5-7条。条是压力的度量单位，近似于地球在海平面上的平均大气压力。木星上的高度以巴为单位进行测量，因为行星没有像地球一样的表面来测量高度。科学家们认为，在大约5-7巴（或低于云顶100英里）处，温度会达到水的冰点。该小组确定的三个云层中最深的一层被认为是由冷冻水组成的。

“使用我们的技术在木星上发现水在许多方面都很重要。我们目前的研究集中在红点，但未来的项目将能够估计整个星球上有多少水。”Ádámkovics说。“水可能在木星的动态天气模式中起关键作用，因此这将有助于增进我们对使行星大气如此动荡的原因的理解。最后，在可能存在液态水的地方，无法完全排除生命的可能性。因此，尽管看起来不太可能，但木星上的生活并没有超出我们的想象范围。”

克莱姆森在研究中的主要作用是使用专门设计的软件将原始数据转换为科学质量的数据，这些数据可以更轻松地进行分析，并与克莱姆森以及全球的科学家共享。这类工作是在去年春季由物理学和天文学的本科生瑞秋·康威（Rachel Conway）进行的，他通过克莱姆森（Clemson）的“创造性探究”计划参与了该项目。

“当我最初开始时，我首先运行数据。该代码已经编写好了，我只是插入新的数据集并生成输出文件，”康涅狄格州沃特敦市人Con​​way说。“但是后来我开始修正错误，并进一步了解实际情况。我对那里的所有事物都感兴趣，因此了解更多我们不知道的事物总是很酷的。”

美国宇航局的朱诺号宇宙飞船于2016年抵达木星，它将一直在轨道上进行研究，直到至少2021年，它已经揭示了有关一颗如此之大而几乎变成恒星的行星的许多秘密。Juno还通过使用自己的高科技红外光谱仪来寻找水。如果朱诺的观测值与地面观测值相匹配，则后者不仅可以应用于“大红色斑点”，还可以应用于整个木星。als0技术可用于研究土星，天王星和海王星，这是我们太阳系的另外三个气体行星。

从今年秋天开始，下一个项目将是获取更多此类数据，以不仅仅是在木星上测量一个点。 Ádámkovics说，他的研究重点是行星形成，行星大气层和恒星盘的物理和化学。“为此，我们将使用新型仪器iSHELL收集大量千兆字节的数据，该仪器具有很高的分辨率，并将补充Juno的观察结果。下一个项目的新部分将是为所有这些数据编写自动化软件，以便我们可以全面了解地球上的水量。”

这次，Ádámkovics和Conway的Clemson团队将有一些新成员。Ádámkovics将增加6至8名Creative Inquiry学生，以帮助他们分析原始数据。

Ádámkovics说：“除了物理学专业的学生，​​我们还有计算机科学家的学生，他们专门研究其他领域。”“我们希望这些跨学科的技能将通过提高我们的效率和效率来相互补充。木星仍有许多谜团。但是我们从来没有更准备好或更有能力解决它们。”

出版物：G. L. Bjoraker等人，“木星大红色斑点的气体成分和深云结构”，AJ，2018年； doi：10.3847 / 1538-3881 / aad186