木星大红斑:一个令人晕头转向的谜

摘要

最高风速可达每小时400英里(约640千米)的大红斑在木星的大气层里已经猛烈旋转了150年——甚至有可能还不止150年。早在十七世纪初人们通过望远镜观察木星时就看到木星表面有一个大斑点,我们还不知道他们看到的是否是另一个风暴气旋。如今科学家们知道木星上的大红斑,并且知道它已经存在了蛮长时间,但他们依然努力想要了解导致这个气旋呈现淡红色的原因。

有记录的地球上最大最猛烈的飓风宽达1,000英里(约1600千米),风速高达200每小时英里(约320千米)。这个宽度足以横跨美国德克萨斯以东的几乎所有的州,但是这样规模的风暴气旋跟木星上巨大的气旋——即“大红斑”——相比简直就是小巫见大巫。这里“巨大”的意思是其直径(约20000千米)为地球直径的两倍。

大红斑位于两条高速气流之间,它是个围绕着中心高气压旋转的反气旋,就是说它的旋转方向和地球上的飓风相反(注:飓风中心是低气压)。图片来源:NASA

大红斑位于两条高速气流之间,它是个围绕着中心高气压旋转的反气旋,就是说它的旋转方向和地球上的飓风相反(注:飓风中心是低气压)。图片来源:NASA

最高风速可达每小时400英里(约640千米)的大红斑在木星的大气层里已经猛烈旋转了150年——甚至有可能还不止150年。早在十七世纪初人们通过望远镜观察木星时就看到木星表面有一个大斑点,我们还不知道他们看到的是否是另一个风暴气旋。如今科学家们知道木星上的大红斑,并且知道它已经存在了蛮长时间,但他们依然努力想要了解导致这个气旋呈现淡红色的原因。

想要弄明白大红斑是很困难的,这要怪木星自己。木星体积比地球大1,000倍,主要由气体组成,它的核心外面为液氢海洋所包裹,它的大气层主要成分是氢和氦。这意味着木星不像地球那样有一个固态(从而有起伏)的地面来减弱风暴。同时,木星的云层使得人们不能够清楚地观察其低层大气。虽然有一些研究调查了木星低层大气的某些区域,但研究大红斑的轨道探测器和望远镜只能看到高层大气分散的云块。

艾米·西蒙(Amy Simon)是位于马里兰州绿带(Greenbelt)的美国国家航空航天局(NASA)戈达德太空飞行中心的行星大气专家。她表示,对木星和它的大红斑了解的越多,就越有助于我们理解地球的气候系统。她说,木星气候运行和地球一样符合同样的物理法则,只是比我们离太阳远几亿英里而已。西蒙还说,研究木星可以帮助我们更好地理解太阳系以外的世界。“如果你只是研究系外行星所反射的光线,你不会知道它的组成成分,”她解释道,“了解我们自己太阳系内的各种不同情况有助于我们把这些知识用到系外行星上。”

目前的研究预测木星的高层大气内有由氨、氢硫化铵和水组成的云。不过科学家们至今还没有切实了解这些化学物质是如何(甚至是否)反应而使大红斑具有现在的色彩。“我们讨论的是(木星)大气组成中很少量的那些物质,”西蒙说:“这正是我们破解大红斑色彩之谜非常困难的原因。”

和西蒙一样,戈达德中心的其他科学家也在为解开大红斑之谜而努力工作。马克·勒夫勒(Mark Loeffler)和雷杰·哈德森(Reggie Hudson)一直在进行实验室研究工作,试图查明不断轰击木星云层的宇宙射线是否有可能使氢硫化铵生成新的化学物质,从而使大红斑呈现出我们现在所看到的色彩。

氢硫化铵在地球大气条件下很不稳定,所以勒夫勒通过加热硫化氢和氨来自己制备氢硫化铵。然后他用带电粒子轰击氢硫化铵,模拟宇宙射线撞击木星云层。“我们第一步是识别出当氢硫化铵被辐照时会生成什么物质。” 勒夫勒说,“我们最近刚刚完成识别这些新物质的工作,现在我们正试着在这些新物质和木星上的色彩之间建立联系。”

许多专家认同这样的理论:在木星云层之下深处,有一层无色的氢硫化铵,它能够和宇宙射线或来自太阳的紫外线发生反应。不过西蒙认为许多化学物质在不同的条件下都会呈现出红色。“问题在于,”她说:“真的是氢硫化铵呈现出那种红色吗?”现在只能说在恰当的条件下,或许氢硫化铵可以呈现。

考虑到大红斑和木星其他呈现红色的部分,颜色问题或许是多种因素的结果,而并非仅仅是氢硫化铵的问题。“最理想的状态是我们能得到用木星大气中每一种物质以正确的比例组成的混和物,然后在正确的温度下用正确的辐照水平来照射它。 ”西蒙说。西蒙和勒夫勒认为要最终解决大红斑之谜,需要进行更多的实验,在正确的温度、光照和辐照量的情况下结合各种化学物质进行实验。“我们正在做的是设计出更符合木星大气状况的实验。”西蒙说。

 

(来源:美国国家航空航天局。翻译:无穷的探索)

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目前评论:1   其中:访客  1   博主  0

  1. avatar 人在旅途 3

    不知道是对抗地球地幔的压力容易点还是对抗太空木星的撕扯容易一点,要是能将地球低下搞清楚就什么都解决了。

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