科学家如何在大红点的深处寻找木星上的水?

科学家如何在大红点的深处寻找木星上的水?

几个世纪以来，科学家们一直致力于了解木星的构成。这也就不足为奇了：这个神秘的行星是我们太阳系中迄今为止最大的行星，也是化学上最接近太阳的行星。了解木星是了解太阳系如何形成的关键，也是了解其他太阳系如何发展的关键。

但是一个关键问题已经困扰了天文学家几代人：木星的大气层中是否有深水，如果有，那么多少？

科学家如何在大红点的深处寻找木星上的水?

木星大红斑

位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的天体物理学家Gordon L. Bjoraker 在“天文学杂志”最近的一篇论文中报道说，他和他的团队已经让Jovian研究界更接近答案了。

通过对地面望远镜的观察，这些望远镜对从木星持续风暴 -大红斑深处泄漏的热辐射敏感，他们在行星最深的云层上方探测到水的化学特征。研究人员总结说，水的压力加上他们对另一种含氧气体 – 一氧化碳的测量结果，暗示木星的氧气含量是太阳的2到9倍。这一发现支持理论和计算机模拟模型，这些模型预测了由氧（O）与分子氢（H 2）结合的木星上的大量水（H 2 O ）。

鉴于该团队的实验可能很容易失败，这一启示令人震惊。大红斑充满了浓密的云层，这使得电磁能量难以逃逸，并向天文学家传授有关内部化学的任何信息。

“事实证明，他们并没有那么厚，以至于阻碍了我们深入人心的能力，”比约克说。“这是一个令人愉快的惊喜。”

新的光谱技术和纯粹的好奇心让团队更深入地凝视着木星的深处，木星有一个数千英里深的气氛，Bjoraker说：“我们想，好吧，让我们看看那里有什么。”

Bjoraker和他的团队收集的数据将补充NASA的Juno太空船正在聚集的信息，因为它每53天从北向南绕行星一次。

除此之外，Juno正在寻找拥有自己的红外光谱仪和微波辐射计的水，它可以探测到比任何人看到的更深 – 达到100巴，或地球表面大气压力的100倍。（木星上的海拔高度用条形来衡量，它代表大气压力，因为行星没有像地球一样的表面来测量高程。）

行星大气专家戈达德的艾米西蒙说，如果朱诺返回类似的水资源，从而支持Bjoraker的地面技术，它可以打开一个解决水问题的新窗口。

“如果它有效，那么也许我们可以把它应用到其他地方，比如土星，天王星或海王星，我们没有朱诺，”她说。

朱诺是最新的航天器，其任务是在这个巨大的气态行星上找到可能以气体形式存在的水。

水是我们太阳系中重要而丰富的分子。它催生了地球上的生命，现在润滑了许多最重要的过程，包括天气。这也是木星湍流天气的关键因素，也是决定地球是否有岩石和冰芯的核心因素。

木星被认为是第一颗通过虹吸太阳形成留下的元素而形成的行星，因为我们的恒星从一个无定形的星云合并成我们今天看到的火星气球。几十年前一个被广泛接受的理论是，木星的成分与太阳相同; 带有一丝氦气的氢气球 – 所有气体，无核心。

但有证据表明，木星有一个核心，可能是地球质量的10倍。曾经访问过该星球的航天器发现了化学证据，证明它在与来自太阳星云的气体混合形成大气之前形成了岩石和水冰的核心。木星的重力牵引朱诺的方式也支持这一理论。这个星球上甚至还有闪电和雷声，这些现象都是由水分引起的。

“绕木星运行的卫星主要是水冰，因此整个社区都有充足的水，”比约克说。“为什么地球 – 这个巨大的引力很好，一切都落入其中 – 也不会是水丰富的？”

水问题困扰了行星科学家; 实际上每当H 2 O的证据实现时，就会发生一些使它们脱离气味的事情。木星专家中最喜欢的一个例子是美国宇航局的伽利略号太空船，1995年在一个异常干燥的地区发现了大气探测器。“这就像向地球发射探测器，降落在莫哈韦沙漠中，并认为地球是干燥的，”比约克指出。

在他们寻找水的过程中，Bjoraker和他的团队使用了2017年在夏威夷Maunakea峰会上收集的辐射数据。他们依靠WM Keck天文台地球上最敏感的红外望远镜，以及一种可以检测到水的新仪器。 NASA红外望远镜设施的气体范围更广。

大红斑是木星红外图像中间的暗斑。由于阻挡热辐射的厚云，它是黑暗的。黄色条带表示天体物理学家Gordon L. Bjoraker分析中使用的大红斑的部分。
致谢：美国宇航局的戈达德太空飞行中心/戈登比约克

这个想法是分析通过木星云发射的光能，以确定其云层的高度。这将有助于科学家确定影响这些地区能够存活的气体类型的温度和其他条件。

行星大气专家预计木星上有三层云层：下层由水冰和液态水组成，中间层由氨和硫组成，上层由氨组成。

为了通过地面观测来证实这一点，Bjoraker的团队研究了红外光范围内的波长，其中大多数气体不吸收热量，允许化学特征泄漏。具体而言，他们分析了一种甲烷气体的吸收模式。因为木星太温暖而不能让甲烷冻结，所以它的丰度不应该在这个星球上从一个地方变化到另一个地方。

“如果你看到甲烷线的强度在大红斑内外变化，那不是因为这里的甲烷比那里多，”Bjoraker说，“这是因为有更厚，更深的云阻挡了辐射。伟大的红点。“

Bjoraker的团队在大红斑中找到了三个云层的证据，支持早期的模型。Bjoraker说，最深的云层位于5巴，温度达到水的冰点，Bjoraker说，“所以我说我们很可能找到了水云。”水云的位置，加上研究人员在木星上发现的一氧化碳含量证实了木星含有丰富的氧气，因而也含有丰富的水分。

Bjoraker的技术现在需要在木星的其他部分进行测试，以全面了解全球水的丰度，他的数据与Juno的研究结果一致。

“木星的水量丰富将告诉我们很多关于巨行星是如何形成的，但只有我们能够计算出整个星球上有多少水，” 美国宇航局喷气推进实验室的朱诺项目科学家史蒂文·莱文说。加利福尼亚州帕萨迪纳市。

大红斑是木星红外图像中间的暗斑。由于阻挡热辐射的厚云，它是黑暗的。黄色条带表示天体物理学家Gordon L. Bjoraker分析中使用的大红斑的部分。 致谢：美国宇航局的戈达德太空飞行中心/戈登比约克