朱诺号任务发现木星的风穿透圆柱形层

原创 哈尔鲍曼9000 科学剃刀

美国宇航局的朱诺号在9月7日第54次近距离飞越木星时捕捉到了木星的这张照片。该图像是使用 JunoCam 仪器的原始数据制作的，该仪器经过处理以增强云特征和颜色的细节。图片来源：图像数据：NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS Tanya Oleksuik 的图像处理 CC BY NC SA 3.0

美国宇航局朱诺号任务收集的重力数据表明，木星的大气风以圆柱形方式穿透行星，平行于其自旋轴。有关研究结果的论文最近发表在《自然天文学》杂志上。

长期以来，木星汹涌澎湃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源泉，而朱诺号自2016年进入轨道以来一直处于领先地位。迄今为止，在航天器的55次飞行中，每一次都有一套科学仪器在木星的湍流云层下窥视，以揭示这颗气态巨行星如何从内到外工作。

朱诺号任务了解地球内部的一种方式是通过无线电科学。利用美国宇航局的深空网络天线，科学家跟踪朱诺号以接近130,000英里/小时（209,000公里/小时）的速度飞过木星时的无线电信号，测量其速度的微小变化 - 小至每秒0.01毫米。这些变化是由木星重力场的变化引起的，通过测量它们，任务基本上可以看到木星的大气层。

这些测量导致了许多发现，包括木星深处存在一个稀释的核心，以及行星区域和带的深度，这些区域和带从云层顶部向下延伸约1,860英里（3,000公里）。

算一算

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来模拟地球等岩石行星的引力变化和表面高度。在木星，该技术可用于精确绘制深度风图。使用高精度的朱诺号数据，作者能够将分辨率提高到以前的模型的四倍，这些模型是由美国宇航局的开拓性木星探险家旅行者号和伽利略号的数据创建的。

这幅插图描绘了木星的大气风以圆柱形方式穿透行星并平行于其自旋轴的发现。美国宇航局的朱诺号记录的最主要的喷气式飞机显示在剪图中：喷气式飞机在云层上位于北纬21度，但低于1,800英里（3,000公里）处，位于北纬13度。图片来源：NASA/JPL-Caltech/SSI/SWRI/MSSS/ASI/INAF/JIRAM/Björn Jónsson CC BY 3.0的

“我们应用了一种为类地行星上的稀疏数据集开发的约束技术来处理朱诺号数据，”朱诺号科学家、美国宇航局喷气推进实验室重力科学调查负责人瑞安·帕克说。“这是第一次将这种技术应用于外行星。

重力场的测量结果与一个已有二十年历史的模型相匹配，该模型确定了木星强大的东西纬向流动从云层的白色和红色区域以及向内延伸的带状流动。但测量结果还显示，纬向流动不是像辐射球一样向各个方向延伸，而是向内、圆柱形，并沿木星自转轴的方向定向。自 1970 年代以来，木星的深层大气风是如何构成的一直在争论，朱诺号任务现在已经解决了这个问题。

“朱诺号测量的所有40个重力系数都符合我们之前的计算，即如果风在圆柱体上向内渗透，我们预期的重力场是多少，”以色列魏茨曼科学研究所的Yohai Kaspi说，他是该研究的主要作者和朱诺号的共同研究员。“当我们意识到所有 40 个数字都与我们的计算完全匹配时，感觉就像中了彩票一样。”

除了更好地理解木星的内部结构和起源外，新的重力模型应用程序可用于更深入地了解其他行星大气层。

朱诺号目前正在执行一项扩展任务。除了飞越木星外，太阳能航天器还完成了对木卫三和木卫二的一系列飞越，并且正在对木卫一进行几次近距离飞越。12月30日飞越木卫一将是迄今为止最接近的一次，距离其火山装饰的表面约930英里（1,500公里）。

“随着朱诺号旅程的进展，我们正在取得真正定义新木星的科学成果，并且可能与太阳系内外的所有巨型行星有关，”圣安东尼奥西南研究所朱诺号任务的首席研究员斯科特博尔顿说。“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结果之间如此一致。

原标题：《朱诺号任务发现木星的风穿透圆柱形层》

阅读原文