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一项结合业余和专业天文学家努力的开创性研究重新定义了我们对木星大气云层的理解。最初人们认为它们是由氨冰组成的，但新的发现表明它们实际上是由硫化氢铵和烟雾组成的。这一发现于 1 月 1 日发表在《地球物理研究杂志 - 行星》上，由科罗拉多州的业余天文学家 Steven Hill 博士发起。
这幅由 NASA 的朱诺号航天器拍摄的图像显示了木星动态北温带中大量旋转的云层。图片来源：Gerald Eichstädt 和 Sean Doran (CC BY-NC-SA) 增强的图像，基于 NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS 提供的图像
Hill 博士最近表示，可以使用市售的望远镜和专用过滤器测量木星云顶的氨含量和压力。他的研究结果不仅表明业余天文学家可以绘制木星大气中的氨图，还表明这些云位于该行星温暖大气的深处，不可能由氨冰组成。
在这项新研究中，牛津大学物理系的 Patrick Irwin 教授将 Steven Hill 博士的分析方法应用于使用位于智利的欧洲南方天文台甚大望远镜 (VLT) 的多单元光谱探测器 (MUSE) 仪器对木星的观测。MUSE 利用光谱的力量，即木星的气体在不同波长的可见光中形成明显的指纹，来绘制气态巨行星大气中的氨和云高度。
通过在计算机模型中模拟光与气体和云层之间的相互作用，欧文教授及其团队发现，木星的主要云层（我们通过后院望远镜看到的云层）必须比之前认为的要深得多，位于压力和温度更高的区域。事实上，温度太高，氨无法凝结。相反，这些云层必须由不同的东西组成：硫化氢铵。
之前对 MUSE 观测的分析暗示了类似的结果。然而，由于这些分析是使用复杂的、极其复杂的方法进行的，只有世界上少数几个团队才能进行，因此很难证实这一结果。在这项新研究中，欧文的团队发现，希尔博士的简单比较相邻窄彩色滤光片亮度的方法得到了相同的结果。而且由于这种新方法更快、非常简单，因此验证起来要容易得多。因此，研究小组得出结论，木星云层的压力确实比预期的 700 mb 氨云层要大，因此不可能由纯氨冰组成。
Irwin 教授说：“我很惊讶，如此简单的方法能够探测到如此深的大气，并如此清楚地证明主要云层不可能是纯氨冰！这些结果表明，创新的业余爱好者使用现代相机和特殊滤镜可以打开一扇了解木星大气的新窗口，有助于了解木星长期神秘云层的性质以及大气如何循环。”
拥有科罗拉多大学天体物理学博士学位并从事太空天气预报工作的 Steven Hill 博士说：“我总是喜欢推动我的观察，看看我能用普通的商用设备进行哪些物理测量。希望我能找到新的方式让业余爱好者为专业工作做出有益的贡献。但我当然没有想到这个项目会有如此富有成效的结果！”
这种简单的分析技术得出的氨图的计算成本仅为更复杂方法的一小部分。这意味着公民科学家可以使用它们来追踪木星大气特征中的氨和云顶压力变化，包括木星带、小型风暴和大红斑等大型涡旋。
该研究的合著者之一约翰·罗杰斯（英国天文学会）补充道：“这项技术的一个特殊优势是，业余爱好者可以经常使用它来将木星上可见的天气变化与氨变化联系起来，氨变化可能是天气的重要成分。”
那么，为什么氨不会凝结形成厚厚的云层呢？光化学反应（阳光引起的化学反应）在木星大气中非常活跃，欧文教授和他的同事认为，在潮湿、富含氨的空气上升的地区，氨被破坏和/或与光化学产物混合的速度比氨冰形成的速度要快。因此，主云层实际上可能由硫化氢铵与光化学烟雾产物混合而成，从而产生木星图像中看到的红色和棕色。
在对流特别强烈的小区域，上升气流可能足够快，可以形成新鲜的氨冰，NASA 的伽利略号等航天器偶尔会观测到这样的区域，最近 NASA 的朱诺号也观测到这样的区域，在那里可以看到一些小的高空白云，它们的阴影投射在下面的主云层上。
欧文教授及其团队还将该方法应用于 VLT/MUSE 对土星的观测，并发现所得到的氨图与其他研究（包括詹姆斯·韦伯太空望远镜观测确定的氨图）的结果类似。同样，他们发现主要反射水平远低于预期的氨凝结水平，这表明土星大气中正在发生类似的光化学过程。
编译自/ScitechDaily
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