韦伯发现木星大红斑上方和周围出奇地有趣和活跃

韦伯近红外探测器（Webb's NIRSpec）最近的观测揭示了木星高层大气的惊人细节，特别是在大红斑上方，显示了受重力波影响的复杂结构。这些发现是利用韦伯的高分辨率能力捕捉到的，可以为木星冰月探测器（Juice）任务提供支持，增强我们对木星及其卫星的了解。

对木星上的大红斑进行的新观测显示，木星大气层在这个广为人知的风暴上方和周围出奇地有趣和活跃。这幅图显示了韦伯观测到的区域--首先是它在整个行星的近红外摄谱仪图像上的位置（左），然后是由韦伯的近红外摄谱仪（NIRSpec）拍摄到的区域本身（右）。资料来源：欧空局/韦伯、美国宇航局和加空局、木星地球资源卫星小组、J. Schmidt、H. Melin、M. Zamani（欧空局/韦伯）

木星是夜空中最亮的天体之一，在晴朗的夜晚很容易看到。除了木星两极区域明亮的北极光和南极光之外，木星上层大气的光芒很弱，因此地面望远镜很难分辨出这一区域的细节。然而，韦伯望远镜的红外敏感度使科学家们能够以前所未有的细节研究木星上层大气中广为人知的大红斑。

木星的上层大气是木星磁场和下层大气之间的界面。在这里，我们可以看到明亮而充满活力的北极光和南极光，它们是由木星的卫星木卫一喷出的火山物质形成的。然而，在靠近赤道的地方，木星上层大气的结构会受到射入阳光的影响。由于木星接收到的阳光只有地球的 4%，天文学家预测这一区域的性质是均匀的。

2022年7月，韦伯的近红外摄谱仪（NIRSpec）利用该仪器的积分场单元功能对木星大红斑进行了观测。研究小组的"早期释放科学"观测试图调查这一区域是否真的暗淡无光，而韦伯观测的目标就是标志性的大红斑上方区域。研究小组惊奇地发现，在整个视场中，大气层上部有各种错综复杂的结构，包括暗弧和亮点。

Webb NIRSpec 的观测结果显示了木星电离层中氢分子发出的红外光。这些分子位于风暴云层上方 300 多公里处，来自太阳的光线使氢气电离并激发了这种红外发射。在这幅图像中，较红的颜色显示了来自木星电离层高空的氢发射。较蓝的颜色显示来自较低高度的红外光，包括大气层中的云顶和非常突出的大红斑。木星远离太阳，因此日照均匀且水平较低，这意味着木星表面大部分区域在这些红外线波长下相对较暗--特别是与木星磁场特别强的两极附近分子发出的辐射相比。研究人员曾预计这一区域的性质会因此而显得单一，但与此相反，在整个视场中，这一区域拥有各种错综复杂的结构，包括暗弧和亮点。图片来源：ESA/Webb、NASA & CSA、H. Melin、M. Zamani（ESA/Webb）

团队负责人、英国莱斯特大学的亨里克-梅林（Henrik Melin）说："我们天真地以为，这个地区会非常无聊。事实上，它和北极光一样有趣，甚至更有趣。木星从未停止给我们带来惊喜。"

虽然该区域发出的光是由太阳光驱动的，但研究小组认为，一定还有其他机制在改变高层大气的形状和结构。

"改变这种结构的一种方式是重力波--类似于海浪拍打沙滩，在沙滩上形成涟漪，"亨里克解释说。"这些波在大红斑周围湍急的低层大气深处产生，它们可以向高空传播，改变高层大气的结构和排放。"

研究小组解释说，在地球上偶尔也能观测到这些大气波纹，但它们比韦伯在木星上观测到的波纹要弱得多。他们还希望在未来对这些错综复杂的波纹图案进行后续的韦伯观测，以研究这些图案是如何在行星的高层大气中移动的，并加深我们对这一区域的能量预算以及这些特征如何随时间变化的理解。

这些发现还可能为欧空局于2023年4月14日发射的木星冰月探测器Juice提供支持。Juice将利用一套遥感、地球物理和现场仪器对木星及其三颗大型蕴藏海洋的卫星--木卫三、木卫四和木卫三--进行详细观测。这项任务将确定这些卫星作为行星天体和可能的栖息地的特征，深入探索木星的复杂环境，并将更广泛的木星系统作为整个宇宙中气体巨行星的原型进行研究。

这些观测是作为早期发布科学计划 #1373 的一部分进行的：ERS 对木卫三系统的观测是 JWST 太阳系科学能力的展示 （共同首席科学家：I. de Pater、T. Fouchet）。

"这份地球资源卫星提案早在2017年就写好了，"团队成员、加州大学伯克利分校的伊姆克-德-帕特（Imke de Pater）分享道。"我们的目标之一是研究为什么大红斑上方的温度看起来很高，因为当时美国宇航局红外望远镜设施的最新观测结果显示，大红斑上方的温度很高。然而，我们的新数据却显示出截然不同的结果"。

这些结果发表在《自然-天文学》上。

编译自/scitechdaily