美国宇航局的朱诺号宇宙飞船发现木星的风以圆柱形层穿透行星-乐胡号

2023年9月7日，美国宇航局的朱诺号探测器在第54次近距离飞越这颗巨大行星时拍摄了这张照片。这张照片是用朱诺相机的原始数据拍摄的，经过处理后增强了云层特征和颜色的细节。图片来源:NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS，图像处理由Tanya Oleksuik CC by NC SA 3.0

这一发现让人们对这颗气体巨星的内部结构有了更深入的了解。

美国宇航局朱诺号任务收集的重力数据表明，木星的大气风以平行于自转轴的圆柱形方式穿透木星。关于这一发现的一篇论文最近发表在《自然天文学》杂志上。

了解木星的大气层

长期以来，木星动荡的大气层的暴力性质一直是天文学家和行星科学家着迷的原因，朱诺号自2016年进入轨道以来一直处于最接近的位置。迄今为止，在探测器55次近距离飞掠木星的每一次飞行中，一套科学仪器都窥视了木星湍流云层下面的情况，以揭示这个气体巨星是如何从内到外运行的。

2016年7月4日，美国宇航局的朱诺号宇宙飞船进入木星轨道，此前它已经飞行了近五年，距离超过17亿英里。来源:美国航天局/喷气推进实验室/ SwRI

无线电科学与木星内部

朱诺号了解火星内部的一种方法是通过无线电科学。利用美国宇航局的深空网络天线，科学家们在朱诺号以接近13万英里每小时(20.9万公里每小时)的速度飞过木星时，追踪到航天器的无线电信号，测量其速度的微小变化——小到每秒0.01毫米。这些变化是由行星重力场的变化引起的，通过测量它们，该任务基本上可以看到木星的大气层。

这样的测量带来了许多发现，包括木星深处存在一个稀释的核心，以及木星的地带和带的深度，这些地带和带从云顶向下延伸大约1860英里(3000公里)。

高等数学技术

为了确定风的位置和圆柱形性质，该研究的作者应用了一种数学技术，模拟了地球等岩石行星的引力变化和表面海拔。在木星上，这项技术可以用来精确地绘制深度风图。利用高精度的朱诺数据，作者能够产生比以前的模型分辨率提高四倍，这些模型是由美国宇航局开创性的木星探险家旅行者号和伽利略号数据创建的。

这张插图描绘了木星大气风以柱状穿透行星并平行于其自转轴的发现。美国国家航空航天局朱诺号记录的最主要的喷流在图中显示:喷流在北纬21度的云层水平，但在1800英里(3000公里)以下，它在北纬13度。资料来源:NASA/JPL-Caltech/SSI/SWRI/MSSS/ASI/ INAF/JIRAM/Bj?rn Jónsson CC BY 3.0

“我们应用了一种为类地行星稀疏数据集开发的约束技术来处理朱诺号数据，”来自美国宇航局南加州喷气推进实验室的朱诺号科学家、该任务重力科学调查的负责人瑞安·帕克(Ryan Park)说。“这是第一次将这种技术应用于外行星。”

对重力场的测量结果与20年前的一个模型相符，该模型确定木星强大的东西纬向流从云层的白色和红色区域向内延伸。但测量结果也显示，地带性流并非像辐射球体那样向各个方向延伸，而是以圆柱形向内流动，并沿着木星旋转轴的方向运动。自20世纪70年代以来，人们一直在争论木星深层大气风的结构，而朱诺号任务现在解决了这个争论。

“朱诺号测量的所有40个重力系数都符合我们之前的计算，即如果风以圆柱形向内渗透，我们预计重力场会是什么，”以色列魏茨曼科学研究所(Weizmann Institute of Science)的约海·卡斯皮(Yohai Kaspi)说。他是这项研究的主要作者，也是朱诺号的合作研究员。“当我们意识到所有40个数字都与我们的计算完全吻合时，感觉就像中了彩票一样。”

影响及未来任务

随着对木星内部结构和起源的进一步了解，新的重力模型应用程序可以用来更深入地了解其他行星的大气层。

朱诺号目前正在执行一项延长任务。除了飞掠木星之外，这艘太阳能飞船还完成了一系列飞掠木星冰冷的卫星木卫三和木卫二的任务，目前正在进行几次近距离飞掠木卫一的任务。12月30日的飞越将是迄今为止距离木卫一最近的一次，距离其火山表面约930英里(1500公里)。

圣安东尼奥西南研究所(Southwest Research Institute)朱诺号任务的首席研究员斯科特·博尔顿(Scott Bolton)说:“随着朱诺号旅程的进展，我们正在取得科学成果，这些成果真正定义了一个新的木星，可能与太阳系内外的所有巨行星都有关。”“新确定的重力场的分辨率与我们20年前估计的精度非常相似。很高兴看到我们的预测和我们的结果如此一致。”

参考文献:《木星上圆柱导向的带状气流的观测证据》，作者:Y. Kaspi、E. Galanti、R. S. Park、K. Duer、N. Gavriel、D. Durante、L. Iess、M. Parisi、D. R. Buccino、T. Guillot、D. J. Stevenson和S. J. Bolton, 2023年10月26日，《自然天文学》。DOI: 10.1038 / s41550 - 023 - 02077 - 8

美国宇航局的朱诺号任务

位于加州帕萨迪纳的加州理工学院下属的NASA喷气推进实验室，为圣安东尼奥西南研究所的首席研究员斯科特·j·博尔顿(Scott J. Bolton)管理朱诺号任务。朱诺号是美国宇航局新边疆计划的一部分，该计划由美国宇航局位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心管理，隶属于该机构位于华盛顿的科学任务理事会。位于丹佛的洛克希德·马丁太空公司建造并运营这艘宇宙飞船。分享推特reddit电子邮件分享