作为太阳系八大行星中的体积担当，木星总是能带给我们太多的惊喜。这个体积最大而质量却只有太阳千分之一的气体行星，我们对他的了解还知之甚少，在已有的科学研究中，我们知道，木星主要由氢组成，其次为氦，和我们的家园地球不同，它没有实体表面，且木星上气态物质的密度随着深度的变化而不断变大，我们在从已有天文望远镜中看到的木星的样子通常是大气中云层的顶端。
木星看起来非常美丽，这也引发天文学家对它的关注。就在5月7日，美国航空航天局哥达德太空飞行中心（NASA/Goddard Space Flight Center）发布了一项新的研究结果，带我们通过望远镜和宇宙飞船联手探测来了解木星大气层深处的神秘世界。
美国国家宇航局哈勃太空望远镜与夏威夷的地面双子座天文台望远镜，同朱诺号宇宙飞船合作，探测了一场太阳系里最强烈的风暴，而这场风暴发生在5亿多英里外的巨型行星，木星上。
由加州大学伯克利分校（the University of California, Berkeley）的迈克尔·王（Michael Wong）领导，美国航空航天局哥达德太空飞行中心的阿米·西蒙（Amy Simon）和加州大学伯克利分校的艾姆克·德·帕特（Imke de Pater）参与的一个研究小组，正在将哈勃望远镜和双子座天文台的多波长观测结果与朱诺号围绕木星轨道的特写照片结合起来，对这个遥远世界的动荡天气有了新的认识。
“我们想知道木星的大气层是如何工作的，”迈克尔·王说“通过朱诺号、哈勃望远镜和双子座天文台望远镜的团队合作，我们发现了新的、有趣的结果。”
来自木星的“灯光秀”
与地球上的风暴相比，木星的风暴持续时间长、波及范围广，这场太阳系里最强烈的风暴从底部到顶部的雷暴范围达了40英里，这比地球上的最典型的雷暴范围高出5倍，同时产生的强大的闪电能量是也是地球上最大的“超级闪电”的3倍
就像地球上的闪电一样，木星的闪电也像无线电发射器一样，在它们掠过天空时发出无线电波和可见光。
每隔53天，朱诺号就会在木星上的各个风暴系统上空低奔跑。朱诺号会从这些风暴系统中探测到被称为“sferics”和“whisters”的无线电信号，通过这些信号可以用来绘制闪电的地图。使用这些信号，即使是在地球的白昼一侧，或是在其他地方看不到闪电的深云中，都能有效绘制。
通过哈勃望远镜和双子座望远镜，在每一次发射的同时，可以从远处观察、捕捉到对朱诺号近距离观测起到至关重要的行星的高分辨率全景视图。朱诺号的微波辐射检测器通过探测能穿透厚厚云层的高频无线电波，深入木星大气层。来自哈勃和双子座的数据可以告诉我们云层有多广，而朱诺号可以帮助我们看到云层有多深。
通过将朱诺探测到的闪电映射到哈勃望远镜拍摄到的行星光学图像和双子座同时拍摄到的热红外图像上，研究团队已经能够证明木星上的闪电爆发与三种云结构的组合有关：由水构成的深云，由湿空气上升流（基本上是木星雷雨）引起的大型对流层，以及可能由对流层外干燥空气下降引起的晴朗区域。
哈勃数据显示了对流层中厚云的高度以及深水云的深度。双子座的数据清楚地揭示了高层云层中的空隙，在那里可以看到深水云层。
迈克尔·王认为闪电在一种被称为折叠丝状区域的湍流区域中很常见，这表明它们中正在发生湿对流。这些气旋性的漩涡可能是内部能量的通道，有助于通过对流释放内部能量，这种情况并非无处不在。
将闪电与深水云联系起来的也为研究人员提供了另一种估算木星大气中水量的工具，这对于了解木星和其他气态和冰态行星是如何形成的，以及太阳系作为一个整体是如何形成的具有重要意义。
虽然从之前的研究中收集到了很多关于木星的信息，但其中许多细节，包括大气层深处有多少水，内部热量是如何流动的，以及是什么导致了云层中的某些颜色和图案的产生，仍然是个谜。本次的合作研究综合结果提供了对大气动力学和三维结构的洞察。
木星上的红斑像“南瓜灯”一样
随着哈勃和双子座在朱诺号任务期间更频繁地观测木星，科学家们也能够研究木星上大红斑那样的短期变化的特征。
朱诺号和之前木星观测到的图像揭示了大红斑内部的黑暗特征，随着时间的推移，这些特征会出现、消失并改变形状。从个别图像上看，还不清楚这些是否是由云层内部某种神秘的深色物质造成的，或者它们是否是云层中的洞，透过这些洞看到下面更深、更暗的一层。
现在，通过将哈勃望远镜的可见光图像与双子座在数小时内拍摄的热红外图像进行比较，就有可能回答这个问题。在可见光中暗的区域在红外线中非常明亮，这表明它们实际上是云层中的空洞。在没有云层的区域，木星内部以红外光的形式释放的热量，这些热量自由地逃逸到太空中，因此在双子座拍摄的热红外图像中这些红斑显得明亮，有点像个南瓜灯一样，南瓜灯的眼睛、嘴巴这样的空洞颜色比其他地方深。“从双子座拍到的红外照片上，你可以看到木星上明亮的红外光来自无云地区，但有云的地方，红外光很暗。”迈克尔·王解释道。
用哈勃和双子座追踪木星的气象
哈勃和双子座为支持朱诺号任务而对木星进行的常规成像任务也证明了它们在许多其他天气现象的研究中的价值，包括风暴模式的变化、大气波的特征以及大气中各种气体的循环。
哈勃和双子座可以作为一个整体监测系统来观测木星，提供多个波长的实时基础地图，以供为朱诺号的进一步测量做参考，就像地球观测卫星为气象卫星提供背景一样。
阿米·西蒙解释说：“正是因为我们通过哈勃、通过双子座、通过朱诺号合作研究获得了这些高分辨率的图像，所以我们对木星的天气有了更多的了解。这相当于组成了一颗木星上的气象卫星，我们终于可以开始研究木星的天气周期了。”
“更加重要的是，我们成功地收集了哈勃、双子座和朱诺号观测到的庞大数据集。数据集的应用如此之多，我们也希望今后更多的天文学家通过借助这些数据来帮助我们认识木星，认识太阳系。
哈勃太空望远镜是美国航天局和欧洲航天局的国际合作项目。位于马里兰州的美国航空航天局哥达德太空飞行中心负责管理这台望远镜。巴尔的摩太空望远镜科学研究所（STScI）负责哈勃的科学操作。STScI由华盛顿特区的天文学研究大学协会（AURA）为美国宇航局运营。AURA为国际双子座伙伴关系运营双子座天文台，包括美国、加拿大、智利、阿根廷、巴西和大韩民国。美国宇航局位于加利福尼亚州帕萨迪纳的喷气推进实验室负责管理德克萨斯州圣安东尼奥西南研究所的朱诺任务。朱诺是美国宇航局新边疆计划的一部分，该计划由位于阿拉巴马州亨茨维尔的美国宇航局马歇尔航天飞行中心为美国宇航局科学任务局管理。
参考文献
1.Michael H. Wong, Amy A. Simon, Joshua W. Tollefson, Imke de Pater, Megan N. Barnett, Andrew I. Hsu, Andrew W. Stephens, Glenn S. Orton, Scott W. Fleming, Charles Goullaud, William Januszewski, Anthony Roman, Gordon L. Bjoraker, Sushil K. Atreya, Alberto Adriani, Leigh N. Fletcher. High-resolution UV/Optical/IR Imaging of Jupiter in 2016–2019. The Astrophysical Journal Supplement Series, 2020; 247 (2): 58 DOI: 10.3847/1538-4365/ab775f