利用地面和太空观测惊人地观察木星的不可思议的风暴

该图像显示了木星的整个圆盘在红外光下的图像是由国际双子座天文台观察到的九个独立指向的镶嵌图构成的，这是NSF NOIRLab于2019年5月29日发起的一项计划。研究小组从每次指向38张照片的“幸运成像”中选择了最清晰的10％，并将它们结合起来成像了木星磁盘的十分之一。然后将九个指向的曝光叠合在一起，以形成一个清晰的全球视野。即使Gemini只需花费几秒钟就可以在一个幸运的成像集中创建每个图像，但是在一个集中完成全部38次曝光可能需要几分钟的时间-足够长的时间使功能在磁盘上明显旋转。为了比较和组合图像，首先将它们在木星上映射为它们的实际纬度和经度，并使用圆盘的边缘或边缘作为参考。将镶嵌图编译成完整的磁盘后，最终图像便是木星从地面上拍摄的最高分辨率的红外图像。

木星高耸四十英里，延伸了整个大陆的一半，其雷暴高风猛烈，长达数世纪之久，其闪电强度是地球上最强的超级螺栓的三倍，证明木星是行星之王比起最高的罗马天空和雷电之神更有价值的名字。

尽管进行了400多年的科学观察，但有关天然气巨头动荡不断变化的气氛的许多细节仍然难以捉摸。现在，由于哈勃太空望远镜，双子座天文台和朱诺航天器的共同作用，科学家们能够深入探究风暴系统，调查雷电爆发的来源，绘制旋风涡旋图，并揭示其中的神秘特征的性质。大红色斑点。

这项独特的合作使研究人员能够监视木星的天气并估算大气中的水量，从而洞悉木星如何运转以及它与太阳系中其他行星如何形成了超过四个半的时间。十亿年前。

美国国家航空航天局（NASA）的哈勃太空望远镜和位于夏威夷的地面双子座天文台已经与朱诺号飞船合作，探测了太阳系中最强大的风暴，该风暴在距木星5亿英里之外的地方发生。

由加州大学伯克利分校的Wong领导的一组研究人员，包括来自美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心的艾米·西蒙，以及同样来自加州大学伯克利分校的Imke de Pater，将哈勃望远镜和双子座望远镜的多波长观测结果与近距离观测相结合。朱诺（Juno）轨道上关于这颗怪兽行星的特写镜头，从而获得了对这个遥远世界动荡天气的新见解。

黄说：“我们想知道木星的大气是如何工作的。”这就是朱诺（Juno），哈勃（Hubble）和双子座（Gemini）的团队精神的发挥。

电台“灯光秀”

与地球上的雷暴相比，木星的持续风暴是巨大的，雷电从底部到顶部达到40英里，是地球上典型雷电的五倍，而强大的闪电则比地球上最大的“超级闪电”高出三倍。

就像地球上的闪电一样，木星的闪电像无线电发射器一样工作，它们在天空中闪烁时发出无线电波以及可见光。

每隔53天，Juno会在风暴系统中进行竞速，检测出被称为“ sferics”和“ whistlers”的无线电信号，这些信号甚至可以用于绘制闪电，即使是在行星的白天或来自深层云层（否则看不到闪光灯） 。

该图显示了朱诺航天器，哈勃太空望远镜和双子座天文台对木星上的云结构和大气环流的观测和解释。通过结合Juno，Hubble和Gemini数据，研究人员可以看到闪电聚集在湍流区域，那里有深水云，潮湿的空气在上升，形成类似于地球上的积雨云（雷雨云）的高对流塔。木星大气中的闪电，对流塔，深水云层和空域的底部插图基于朱诺，哈勃和双子座的数据，并与哈勃和双子座地图细节上指示的样带（白线斜线）相对应。观测值的组合可用于在三个维度上绘制云结构，并推断出大气环流的细节。潮湿的空气在上升（上升和主动对流）的地方形成浓厚的高耸的云层。干燥的空气下沉的地方形成间隙（向下的地方）。在地球相对较浅的大气层中，所示的云层比类似的对流塔高出五倍。所示区域的水平跨度比美国大陆大三分之一。

恰逢每次通过时，哈勃和双子座都在远处注视着，捕捉到了高分辨率的全球行星视图，这是解释朱诺近距离观测结果的关键。“朱诺的微波辐射计通过检测可以穿透厚厚的云层的高频无线电波，深入探测到地球的大气层。哈勃和双子座的数据可以告诉我们云层有多厚，以及我们看到云层有多深。”西蒙解释说。

通过将朱诺探测到的闪电映射到哈勃拍摄的行星光学图像和双子座同时拍摄的热红外图像上，研究团队已经能够证明闪电的爆发与云层结构的三向组合有关：由水制成的深云，潮湿的空气上升引起的大型对流塔（本质上是朱维安雷雨头），以及对流塔外的较干燥的空气下降引起的空旷地区。

哈勃的数据显示了对流塔中厚云的高度，以及深水云的深度。双子座的数据清楚地揭示了高层云中的空地，在那里您可以瞥见深水云。

Wong认为闪电在常见的湍流区域（称为折叠丝状区域）中很常见，这表明在其中发生了湿对流。他说：“这些旋风涡流可能是内部能量烟囱，有助于通过对流释放内部能量。”“并不是所有地方都发生这种情况，但是这些旋风的某些作用似乎促进了对流。”

将闪电与深水云联系起来的能力也为研究人员提供了另一种估算木星大气中水量的工具，这对于理解木星以及其他气体和冰巨星是如何形成的，从而了解整个太阳系的形成非常重要。 。

尽管从先前的太空任务中收集到有关木星的信息很多，但许多细节（包括深层大气中的水量，内部热量的确切流动方式以及导致云中某些颜色和图案的原因）仍然是个谜。组合结果提供了对大气动力学和三维结构的洞察力。

看到“ Jack-O-Lantern”红色斑点

在朱诺任务期间，哈勃和双子座更频繁地观测木星，科学家们还能够研究短期变化和短寿命特征，例如“大红点”中的那些。

朱诺（Juno）以及先前对木星的任务的图像显示，大红色斑点内的深色特征会随着时间的流逝而出现，消失和改变形状。从个体图像尚不清楚，这些图像是由高云层内的某种神秘的深色物质引起的，还是由高云层中的孔所致，即通向下方更深，更暗层的窗口。

现在，由于能够将哈勃望远镜的可见光图像与双子座的红外图像相互比较，因此可以回答这个问题。可见光中较暗的区域在红外中非常明亮，表明它们实际上是云层中的孔。在无云地区，来自木星内部的热量以红外光的形式散发出来，否则会被高空云阻挡，这些热量可以自由散逸到太空中，因此在双子座图像中显得明亮。

Wong说：“这有点像灯笼灯。”“您会看到无云区域发出的明亮的红外光，但是在有云的地方，红外光确实很暗。”

上面这张木星大红色斑点的照片是使用哈勃太空望远镜和双子座天文台于2018年4月1日收集的数据制作的。通过将几乎同时从两个不同的天文台捕获的观测数据结合起来，天文学家能够确定大红色斑点上的暗特征是云中的空洞，而不是大量的暗物质。

左上方（宽视图）和左下方（详细信息）：哈勃在木星大气中反射出的阳光（可见波长）的哈勃图像显示了大红色斑点内的黑暗特征。

右上方：来自双子座的同一区域的红外热图像显示出作为红外能量散发出来的热量。凉爽的上覆云层显示为黑暗区域，但云层中的空地允许明亮的红外辐射从下面的较暖层逸出。

下中部：哈勃望远镜发出的紫外线图像显示，阳光从大红色斑点上方的雾霾中散射回去。大红色斑点在可见光中显示为红色，因为这些雾状吸收了蓝色波长。哈勃数据显示，即使在较短的紫外线波长下，雾度仍会继续吸收。

右下：哈勃和双子座数据的多波长合成显示蓝色为可见光，红色为热红外。合并的观察结果表明，在红外光中明亮的区域是空旷的地方或云层较少的地方，这些热量遮挡了内部热量。

哈勃（Hubble）和双子座（Gemini）的观测为Juno的第12次通过（Perijove 12）提供了广阔的视野。

哈勃和双子座饰Jovian Weather Trackers

哈勃和双子座为支持朱诺任务而对木星进行的常规成像在研究许多其他天气现象方面也被证明是有价值的，这些现象包括风模式的变化，大气波的特征以及大气中各种气体的循环。

哈勃望远镜和双子座望远镜可以监视整个星球，并提供多种波长的实时基本地图，以供朱诺的测量参考，就像观察地球的气象卫星为NOAA的高空飓风猎人提供背景信息一样。

西蒙解释说：“由于我们现在通常从几个不同的观测站和波长获得这些高分辨率的图像，因此我们对木星的天气有了更多的了解。”“这相当于气象卫星。我们终于可以开始研究天气周期了。”

由于哈勃和双子座的观测对于解释Juno数据非常重要，因此Wong和他的同事Simon和de Pater可以通过太空望远镜科学研究所的Mikulski太空望远镜档案馆（MAST）使其他研究人员可以轻松访问所有处理后的数据。在马里兰州的巴尔的摩。

“重要的是，我们已经设法收集了支持Juno任务的庞大数据集。数据集的应用太多了，我们甚至都无法预料到。因此，我们将使其他人能够从事科学工作，而不必再独自提出如何处理数据的障碍。” Wong说。

研究结果于2020年4月发表在《天体物理学杂志增刊》上。

阅读更多有关这项研究的更多信息，请参阅《双子座使用“幸运成像”获得木星风暴内无与伦比的外观》。

参考：“ 2016-2019年木星的高分辨率紫外/光学/红外成像”，作者：Michael H. Wong，Amy A. Simon，Joshua W. Tollefson，Imke de Pater，Megan N. Barnett，Andrew I. Hsu和Andrew W.斯蒂芬斯，格伦·奥顿，斯科特·弗莱明，查尔斯·古洛，威廉·雅努瑟夫斯基，安东尼·罗马，戈登·比约克，苏希尔·阿特雷亚，阿尔贝托·阿德里亚尼和利·弗莱彻，2020年4月1日，《天体物理学杂志增刊》系列。 ：
10.3847 / 1538-4365 / ab775f

哈勃太空望远镜是NASA与ESA（欧洲宇航局）之间的国际合作项目。NASA位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心负责管理该望远镜。巴尔的摩的太空望远镜科学研究所（STScI）进行哈勃科学行动。STScI由位于华盛顿特区的美国天文学研究协会（AURA）为NASA运营.AURA为国际双子座伙伴关系（包括美国，加拿大，智利，阿根廷，巴西和大韩民国）运营双子座天文台。位于加利福尼亚州帕萨迪纳市的NASA喷气推进实验室负责管理德克萨斯州圣安东尼奥市西南研究所的朱诺任务。朱诺是NASA新前沿计划的一部分，该计划由位于阿拉巴马州汉茨维尔的NASA马歇尔太空飞行中心管理，由NASA科学任务部负责。