「朱諾號」的木星北極之旅

探索 04-18

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視頻一

周遊木星北極的3D視角動畫，其顯示了該區域的中心氣旋和周圍8個環繞它的氣旋。動畫所用的圖像是根據朱諾號搭載的木星紅外極光繪圖儀採集的數據繪製的，數據來源主要是第四次飛掠時採集的數據。紅外相機主要用於探測木星大氣的溫度，以探究木星極區的氣旋運作機理。動畫中，黃色區域溫度更高（更深入木星大氣層），較暗的區域溫度更低（木星大氣層高層）。圖中最高溫約260K（約-13°C），最低溫190K（約-83°C）。動畫中的「溫度亮度」是根據5微米波長的紅外線繪製的，並用溫度單位表示。

近日，NASA負責「朱諾號」木星探測任務的科學家們發布了一段3D紅外波段視頻，視頻中可以看到，在木星的極地區域，密集分布著許多氣旋與反氣旋。「地磁發電機理論」是人們用以解釋地球磁場成因的一種理論，這次來自「朱諾號」的數據也使人們第一次在地球之外的星球上較為清晰地看到「發電機」為磁場的形成供能。

木星極光紅外成像儀（JIRAM）是「朱諾號」負載的眾多儀器之一，木星探測項目的科學家們獲取成像儀收集的數據，生成了周遊木星北極的3D視角圖像。JIRAM通過紅外波段的信號成像，所以它可以全天候捕獲來自木星內部的光。JIRAM可以探測木星雲層以下50-70千米深的大氣層。這些成像有助於該團隊理解在木星上起作用的各種力量——木星的北極中心有一個主要氣旋，它又被八個直徑在4000-4600千米不等的氣旋所環繞。

「在『朱諾號』以前，我們對木星極地樣貌的描述全靠猜測。」 Alberto Adriani告訴我們。他來自羅馬空間天體物理與行星科學研究所，是參與「朱諾號」計劃的共同研究員。「現在，『朱諾號』從貼近木星從極地上方飛過，這可以使我們進行紅外波段成像，獲得包括木星極地天氣模式及大質量氣旋的圖像，這些圖像的空間解析度之高前所未有。」

視頻二

「發電機」為木星磁場的形成供能。木星磁場分布不規則，含有磁場強度極高的區域。磁感線從星球表面發出，用紅色區域標註；磁感線返回星球表面，用藍色區域標註。

媒體吹風會上，「朱諾號」團隊還提及了「朱諾號」的一項近期研究進展：木星這顆氣體巨星的內部組成。其中，理解木星內部深處如何旋轉是新發現中的一大進展。

「在『朱諾號』之前，人們提出過許多模型來模擬木星內部的旋轉，這些模型都可以吻合地球觀測數據和其他深空任務中獲得的數據，我們無從區分這些模型。」 Tristan Guillot說。他是法國尼斯科特達祖爾大學參加「朱諾號」任務的共同研究員。「但是『朱諾號』和從前的空間探測器不同，它環繞木星的軌道掠過木星的兩極，而且比之前的任何探測器離木星都更近。「朱諾號」重力數據的精準性有了極大提升，我們由此從根本上解決了木星內部旋轉的問題：我們在木星大氣中所見的以不同速度旋轉的區帶有約3000千米寬。」

「此時，氫將帶電並在木星強磁場作用下被拉到近勻速旋轉區。」

視頻三

木星北極的氣旋。

用於分析木星旋轉的數據也包含著木星內部結構與組成的信息。此前由於人們不了解木星的內部旋轉，很難對木星深處進行探測。「現在我們的工作終於可以真正展開了——確定這顆太陽系中最大行星的內部組分。」Guillot說。

Jack Connerney是「朱諾號」任務的副首席研究員，他來自美國馬里蘭州安那波利斯的太空研究公司。他展示了第一個「發電機」為磁場的形成供能的詳細視圖。

Connerney及其同事使用木星探測器八次環軌運行的測量數據構建了這個新磁場模型。他們繪製了木星表面的磁場分布圖，同時也繪製了被認為是「發電機」的產生區域的分布圖。木星是一顆氣態巨行星，因此它的「表面」被定義為一倍木星半徑處，約為71450千米。

這些磁場圖譜極大推進了科研團隊當前對木星認識，並將引導團隊計劃「朱諾號」未來的觀測任務。

「我們發現木星的磁場和從前想像的任何一種情況都不一樣。」Connerney說，「『朱諾號』對木星磁場環境的研究開啟了對星球『發電機』研究的新時代。」

出乎意料的是，Connerney的團隊繪製的「發電機」源區圖並不規則，有磁場強度極高的區域，而且木星北半球的磁場比南半球更為複雜。在赤道和北極之間約中點的位置，有一塊區域的正向磁場強度很高，它側面與磁場強度較低、負向的區域相接。而在木星的南半球，磁場方向都是負向的，從赤道到南極，磁場強度逐漸增加。木星被或多或少認為是一顆「流動」的星球，研究者尚不清楚為何會有這種差別。

「我們計劃的『朱諾號』測繪任務僅完成了三分之一，而我們已經開始找到關於木星『發電機』運作的線索。」 Connerney說，「我們的團隊急切地期待著將要獲得的數據。」

自從2016年7月4日進入環木軌道以來，「朱諾號」已經完成了11次對於木星的抵近飛掠，航程近2億公里。今年5月24日，「朱諾號」將進行第12次飛掠。

https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasa-s-juno-mission-provides-infrared-tour-of-jupiter-s-north-pole

翻譯：艾宇熙

校對：徐鵬暉

責任編輯：解仁江

牧夫新媒體編輯部

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