木星的高层大气令天文学家感到惊讶

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科学家们利用 NASA/ESA/CSA 詹姆斯·韦伯太空望远镜观察了木星标志性大红斑上方的区域，发现了各种以前从未见过的特征。这个区域以前被认为在自然界中并不显眼，但却拥有各种复杂的结构和活动。
木星是夜空中最亮的天体之一，在晴朗的夜晚很容易看到。除了木星极地明亮的北极光和南极光外，木星上层大气的光芒很弱，因此地面望远镜很难辨别这一区域的细节。然而，韦伯望远镜的红外灵敏度使科学家能够以前所未有的细节研究臭名昭著的大红斑上方的木星上层大气。
木星的上层大气是行星磁场与底层大气之间的交界处。在这里，可以看到明亮而充满活力的北极光和南极光，这些光是由木星卫星木卫一喷出的火山物质形成的。
然而，在靠近赤道的地方，行星上层大气的结构受到入射阳光的影响。由于木星接收的阳光只有地球上的 4%，天文学家预测这一区域本质上是均匀的。
2022 年 7 月，韦伯望远镜的近红外光谱仪 (NIRSpec) 利用该仪器的积分场单元功能观测到了木星的大红斑。该团队的早期发布科学观测旨在调查该区域是否真的暗淡，标志性的大红斑上方的区域是韦伯望远镜观测的目标。
研究团队惊讶地发现，高层大气中存在各种复杂的结构，包括暗弧和亮点，遍布整个视野。研究结果已发表在《自然天文学》杂志上。
“我们天真地以为这个地区会非常无聊，”英国莱斯特大学的团队负责人亨里克·梅林说道。“事实上，它和北极光一样有趣，甚至比北极光更有趣。木星总是给人惊喜。”
尽管该区域发出的光是由阳光驱动的，但研究小组认为一定有另一种机制改变了高层大气的形状和结构。
“改变这种结构的一种方法是利用重力波——类似于海浪冲击海滩，在沙滩上形成涟漪，”亨里克解释道。“这些波浪是在大红斑周围湍急的低层大气深处产生的，它们可以向上传播，改变高层大气的结构和排放。”
研究小组解释说，这些大气波偶尔可以在地球上观测到。然而，它们比韦伯在木星上观测到的要弱得多。他们还希望在未来对这些复杂的波型进行韦伯后续观测，以研究这些波型如何在行星的高层大气中移动，并加深我们对该地区能量预算以及这些特征如何随时间变化的理解。
这些发现也可能为欧空局于 2023 年 4 月 14 日发射的木星冰卫星探测器 Juice 提供支持。Juice 将使用一套遥感、地球物理和现场仪器对木星及其三颗大型海洋卫星——木卫三、木卫四和木卫二进行详细观测。
该任务将把这些卫星描述为行星物体和可能的栖息地，深入探索木星的复杂环境，并研究更广泛的木星系统作为整个宇宙气态巨行星的原型。
这些观测是早期发布科学计划#1373 的一部分：ERS 对木星系统的观测证明了 JWST 对太阳系科学的能力。
“这份 ERS ​​提案早在 2017 年就已写好，”加州大学伯克利分校团队成员 Imke de Pater 分享道。“我们的目标之一是调查大红斑上方温度为何看起来很高，正如 NASA 红外望远镜设施最近的观测所揭示的那样。然而，我们的新数据显示出截然不同的结果。”