哈勃望远镜发现木星和天王星惊人的季节变化

预报大风、雾霾

外行星超越[{” attribute=””>Mars do not have solid surfaces to affect weather as on Earth. And, sunlight is much less able to drive atmospheric circulation. Nevertheless, these are ever-changing worlds. And Hubble – as interplanetary meteorologist – is keeping track, as it does every year. Jupiter’s weather is driven from inside-out as more heat percolates up from its interior than it receives from the Sun. This heat indirectly drives color change cycles highlighting a system of alternating cyclones and anticyclones. Uranus has seasons that pass by at a snail’s pace because it takes 84 years to complete one orbit about the Sun. The seasons are extreme because Uranus is tipped on its side. As summer approaches in the northern hemisphere, Hubble sees a growing polar cap of high-altitude photochemical haze that looks similar to the smog over cities on Earth.

Hubble Monitors Changing Weather and Seasons at Jupiter and Uranus

Ever since its launch in 1990, NASA’s Hubble Space Telescope has been an interplanetary weather observer, keeping an eye on the largely gaseous outer planets and their ever-changing atmospheres. NASA spacecraft missions to the outer planets have given us a close-up look at these atmospheres, but Hubble’s sharpness and sensitivity keeps an unblinking eye on a kaleidoscope of complex activities over time. In this way Hubble complements observations from other spacecraft such as Juno, currently orbiting Jupiter; the retired Cassini mission to Saturn, and the Voyager 1 and 2 probes, which collectively flew by all four giant planets between 1979 and 1989.

Inaugurated in 2014, the telescope’s Outer Planet Atmospheres Legacy (OPAL) Program has been providing us with yearly views of the giant planets. Here are some recent images:

Hubble Space Telescope images of Jupiter taken on November 12, 2022 (left) and January 6, 2023 (right). Credit: Science: NASA, ESA, STScI, Amy Simon (NASA-GSFC), Michael H. Wong (UC Berkeley), Image Processing: Joseph DePasquale (STScI)

Jupiter

[left]– 木星预报是北低纬度地区的暴风雨天气。 可以看到一系列突出的交替风暴，形成了一些行星天文学家所说的“涡街”。 这是重叠的反旋风和旋风的波浪模式，锁定在一起，就像在顺时针和逆时针交替运动的机器中一样。 如果风暴彼此足够接近，在极不可能发生合并的情况下，它们可以形成更大的风暴，可能与大红斑目前的规模相媲美。 反气旋和气旋的分级模式阻止了单个风暴的合并。 还可以看到这些风暴的内陆活动； 在 1990 年代，哈勃没有看到带有内部雷暴的气旋或反气旋，但这些风暴在过去十年中出现过。 强烈的颜色变化表明哈勃望远镜也看到了不同的云层高度和深度。

橙色的卫星木卫一用光弹轰炸了这张木星多彩云顶的景象，在木星的西部边缘投下了阴影。 哈勃望远镜的分辨率如此之高，以至于可以看到木卫一的橙色斑点外观，这与许多活火山有关。 这些火山是在 1979 年航海者 1 号宇宙飞船飞过月球时首次被发现的。月球熔融的内部覆盖着一层薄薄的地壳，火山通过地壳喷出物质。 硫在不同的温度下会呈现出不同的颜色，这就是木卫一表面如此多彩的原因。 这张照片拍摄于 2022 年 11 月 12 日。

[right]— 木星传说中的大红斑在这幅图中占据了中心位置。 尽管这个漩涡大到足以吞没地球，但它实际上已经缩小到 150 年前的观测记录中的最小尺寸。 右下方可以看到木星的冰冷卫星木卫三从这颗巨大的行星旁经过。 木卫三比水星略大，是太阳系中最大的卫星。 这是一个充满陨石坑的世界，表面主要是水冰，内部热量驱动可见的冰流出。 （这张图片较小，因为拍摄这张照片时木星距离地球 81,000 英里。） 这张照片拍摄于 2023 年 1 月 6 日。

哈勃太空望远镜于 2014 年 11 月 9 日（左）和 2022 年 11 月 9 日拍摄的天王星图像。图片来源：科学：NASA、ESA、STScI、Amy Simon (NASA-GSFC)、Michael H. Wong（加州大学伯克利分校），图像处理：约瑟夫·迪帕斯夸莱 (STScI)

天王星

偏心的天王星在绕太阳运行 84 年的轨道时在它的侧面滚动，而不是像地球那样在更垂直的位置旋转。 天王星有一个奇怪的“水平”旋转轴，与行星轨道平面仅八度角。 最近的一项理论表明，天王星曾经有一颗巨大的卫星，它因引力而不稳定，然后与之相撞。 其他可能性包括行星形成过程中的巨型效应，甚至是巨型行星随着时间的推移相互施加共振力矩。 地球倾斜的后果是，每隔 42 年，地球半球的部分地区就会完全没有阳光。 当航海者 2 号宇宙飞船在 1980 年代造访地球时，地球的南极直接指向太阳。 哈勃的最新视图显示北极现在正向太阳倾斜。

[left]这是 2014 年拍摄的天王星的哈勃视图，在北方春分七年后，太阳直接照在行星的赤道上，并显示了 OPAL 计划的第一批图像之一。 在地球青色低层大气上方的中北部纬度地区出现了多场带有甲烷冰晶云的风暴。 边缘环系统的哈勃望远镜图像 2007年，但在这个视图中，七年后年轮开始绽放。 这个时候，星球上出现了几场小风暴，甚至还有一些淡淡的云团。

[right]– 如 2022 年所见，天王星的北极在城市上空呈现出浓密的、类似烟雾的光化学雾霾。 在极地雾霾边界的边缘附近可以看到几场小风暴。 哈勃望远镜一直在追踪北极帽的大小和亮度，它年复一年地变得越来越亮。 天文学家解开了大气环流、粒子特性和化学过程等多重影响，这些影响控制着大气极冠如何随季节变化。 在 2007 年的欧洲春分点，两极都不是特别明亮。 随着 2028 年北半球夏至的临近，圆顶可能会变得更亮，并且会直接指向地球，从而可以很好地观察光环和北极； 戒指系统随后将面对面出现。 这张照片拍摄于 2022 年 11 月 9 日。

关于哈勃

哈勃太空望远镜是 NASA 与欧洲航天局之间的一项惊人合作，该机构由位于马里兰州格林贝尔特的 NASA 戈达德太空飞行中心管理。 巴尔的摩的太空望远镜科学研究所 (STScI) 深入探索宇宙的奥秘，领导着哈勃的科学努力。 位于华盛顿特区的大学天文学研究协会代表 NASA 运营 STScI。