木星上的閃電

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Juno Solves 39-Year Old Mystery

of Jupiter Lightning

「朱諾」號揭開39年來的木星閃電之謎

作者：Tony Greicius

編譯：艾宇熙

校對：徐鵬暉

圖一：木星北半球閃電的藝術家想像圖，基於實際觀測數據進行藝術加工。科學家們發現，木星上的閃電活動多集中在極區。

圖片來源：NASA JPL-Caltech/SwRI/JunoCam

長期以來，木星上面是否存在閃電的問題一直是一個謎。1979年3月美國航天局的旅行者一號衛星飛掠木星，證明了科學家們長期猜測的木星閃電確實存在。但是，旅行者一號探測器發現木星上閃電的無線電信號與地球上的閃電相比有所不同。從那時開始，科學家們開始思考木星閃電的起源問題。

在6月8日《自然》雜誌發表的一篇論文中，NASA「朱諾」號團隊的科學家們對木星閃電進行了研究：木星上的閃電一方面與地球上的具有可比性，另一方面，它們又是兩種極端類型。

「無論你身處哪顆星球上，閃電帶都會像無線電發射機一樣。當閃電從空中划過時，就會發出無線電波。」NASA噴氣推進實驗室的Shannon Brown介紹道。他是參與「朱諾」號項目的科學家，也是這篇論文的第一作者。「但在『朱諾』號之前，人類航天器記錄到的所有閃電信號要麼是圖像，要麼是射電譜中千赫茲區域的信號，偶爾有兆赫區域的。人們提出了許多理論試圖解釋觀測結果，但它們都有與結果的不符之處。」

2016年4月，「朱諾」號進入木星軌道。它攜帶有高精度的微波輻射計，可以對木星發出的輻射進行廣譜記錄。

「在『朱諾』號的前八次飛掠中，微波輻射計探測到了377次閃電放電。」Browm說，「它們的頻率位於兆赫級和千兆赫級，這與地球上觀測到的閃電一致。我們是第一個檢測到這一頻率信號的團隊，這大概是因為『朱諾』號比以往的探測器飛臨木星閃電的距離更近，而且我們所尋找的頻率的電磁波容易通過木星電離層。」

從頻率的角度講，木星上的閃電和地球上的閃電具有相似之處；然而，它們實際上又相當不同。「木星上的閃電分布與地球上正好相反，木星上的閃電多發於極地，赤道附近幾乎完全沒有；而地球上閃電多發於赤道附近。」Brown說。

圖二：閃電

那麼為什麼地球上的閃電帶位於赤道附近，而木星上的閃電帶位於極地附近呢？答案與兩個星球上的熱量分布有關。

地球主要靠太陽輻射獲得熱量，越接近赤道的位置獲得的輻射越多。在對流作用下，溫暖潮濕的空氣在赤道附近集中，形成雨雲和風暴，產生了閃電。

木星是一顆氣體巨星，公轉軌道半徑比地球公轉軌道大五倍，也就是說木星接收到的單位面積太陽輻射只有地球的二十五分之一。雖然木星自身內部可以產生熱量，但它的表面溫度仍然受到遙遠太陽輻射的影響，且赤道附近的太陽輻射明顯高於極地一帶。科學家們認為，木星赤道帶接收的太陽輻射僅夠維持抑制木星內層溫暖氣體的上升，從而維持了高層大氣的穩定。而極地一帶，高層大氣沒有足夠的熱量維持與低層熱空氣的相對穩定，產生了對流，最終形成了閃電。

「這些發現有助於我們理解木星的化學組成、物質循環和能量流動。但仍有問題沒有解決：我們在木星兩極都記錄到了閃電，但大部分都集中在北極。這種不平衡的存在原因是什麼？」Brown說。

6月8日發表於《自然》雜誌的另一篇論文公布了迄今為止與木星閃電有關的最大資料庫，其中就包括大批來自『朱諾』號的記錄。科學家們對木星閃電的探索還遠未結束。

來源：

https://www.nasa.gov/feature/jpl/juno-solves-39-year-old-mystery-of-jupiter-lightning

Last Updated: June 8, 2018

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編排：王璞

責任編輯：解仁江

牧夫新媒體編輯部

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