磁龙卷风揭示木星最不容易被看到的秘密

科学家在木星的两极发现了地球大小的紫外线暗斑，很可能是由磁力驱动的漩涡集中了碳氢化合物烟雾造成的。这些在紫外线下可见的瞬态特征更频繁地出现在南极，表明木星的磁场和大气动力学之间存在着深刻的联系。

紫外线下木星的人工染色图。 除了呈现蓝色的大红斑之外，在木星南极的棕色烟雾中还可以看到另一个椭圆形的特征。 这个椭圆形的雾霾集中区域可能是木星电离层高层漩涡混合产生的结果。 这些暗紫外线椭圆也会周期性地出现在北极，不过频率较低。 资料来源：Troy Tsubota 和 Michael Wong，加州大学伯克利分校

几个世纪以来，木星上标志性的大红斑一直吸引着天文学家，但是加州大学伯克利分校的研究人员现在又揭开了一个新的谜团：木星南北两极出现了地球大小的巨大斑点。 与大红斑不同的是，这些极地光斑的出现和消失都是不可预测的。

只有在紫外线下才能看到这些黑椭圆，它们嵌在覆盖木星两极的平流层浓雾层中。 它们通常位于木星明亮的极光带下方，与地球的北极光和南极光相似。 在NASA的哈勃太空望远镜拍摄的紫外线图像中，这些斑点非常显眼，因为它们比周围环境吸收更多的紫外线，使它们看起来更暗。

从 2015 年到 2022 年，哈勃的年度观测结果显示，木星南极大约有 75% 的时间出现紫外线暗斑。 然而，在北极，这种光斑的出现频率要低得多，仅在八幅图像中出现过一次。

暗紫外线椭圆形暗示了木星强磁场中发生的不寻常过程，这些过程向下传播到两极并深入大气层，比地球上产生极光的磁场过程要深得多。

加州大学伯克利分校的研究人员及其同事于 11 月 26 日在《自然天文学》杂志上报告了这一现象。

20 世纪 90 年代末，哈勃首次在木星南北两极探测到暗紫外线椭圆，随后，2000 年飞越木星的卡西尼号宇宙飞船也在北极探测到了暗紫外线椭圆，但它们很少引起人们的注意。 然而，当加州大学伯克利分校的本科生特洛伊-坪田（Troy Tsubota）对哈勃最近获得的图像进行系统研究时，他发现它们是南极的一个常见特征--在1994年至2022年期间，他统计出了8个南紫外暗椭圆（SUDO）。 在哈勃绘制的全部25幅显示木星北极的全球地图中，坪田和资深作者、加州大学伯克利分校空间科学实验室的副研究员迈克尔-王（Michael Wong）只发现了两个北方紫外暗椭圆（NUDO）。

大部分哈勃图像都是作为外行星大气遗产（OPAL）项目的一部分拍摄的，该项目由美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的行星科学家艾米-西蒙（Amy Simon）指导，她也是这篇论文的共同作者之一。 OPAL 天文学家利用哈勃每年对木星、土星、天王星和海王星进行观测，以了解它们的大气动力学和随时间的演变。

坪田说："在最初的两个月里，我们意识到这些 OPAL 图像在某种意义上就像一座金矿，我很快就能够构建这个分析管道，并将所有图像发送过去，看看我们能得到什么。就在那时，我们意识到我们实际上可以做一些很好的科学和真正的数据分析，并开始与合作者讨论为什么会出现这些现象。"

研究人员咨询了两位行星大气专家--英国泰恩河畔纽卡斯尔诺桑比亚大学的Tom Stallard和加州大学圣克鲁兹分校的Xi Zhang--以确定是什么原因导致了这些浓雾区域。 斯塔拉德推测，暗椭圆很可能是行星的磁场线在两个非常遥远的地方发生摩擦时产生的漩涡从上而下搅动的：斯塔拉德和其他天文学家之前利用地面望远镜探测到的电离层中的旋转运动，以及火山卫星木卫一在行星周围形成的热电离等离子体。

漩涡在电离层中旋转得最快，当它到达每一层较深的地方时就会逐渐减弱。 就像龙卷风落在尘土飞扬的地面上一样，漩涡的最深处搅动了朦胧的大气层，形成了他们所观察到的稠密斑点。 目前还不清楚这种混合是从下面挖出了更多的雾霾，还是产生了更多的雾霾。

根据观测结果，研究小组推测椭圆形雾霾形成的时间大约为一个月，几周后消散。

"暗椭圆中的雾霾比典型浓度厚50倍，"Zhang说，"这表明它很可能是由漩涡动力学形成的，而不是由来自高层大气的高能粒子引发的化学反应。 我们的观测结果表明，这些高能粒子出现的时间和位置与暗椭圆的出现并不相关。"

这些发现正是OPAL项目旨在发现的：太阳系巨行星的大气动力学与我们在地球上所了解的有何不同。

"研究不同大气层之间的联系对所有行星都非常重要，无论是系外行星、木星还是地球，"王说："我们看到的证据表明，从内部动力系统到卫星及其等离子环，从电离层到平流层雾，整个木星系统中的一切都被一个过程连接起来。 找到这些例子有助于我们从整体上了解木星。"

编译自/ScitechDaily