韦伯太空望远镜揭示了木星大气层的新特征——“它完全让我们惊讶”

这张来自美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜 NIRCam（近红外相机）相机拍摄的木星图像在红外光下显示了这颗雄伟行星的惊人细节。 在此图像中，亮度表示高海拔。 众多明亮的白色“点”和“线”很可能是强对流风暴的高空云顶。 图中红色显示的极光延伸到地球南北两极的更高海拔地区。 相比之下，赤道地区以北的暗带几乎没有云层覆盖。 图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI、Ricardo Hueso (UPV)、Emke de Pater（加州大学伯克利分校）、Thierry Foucher（巴黎天文台）、Lee Fletcher（莱斯特大学）、Michael H. Wong（加州大学伯克利分校） ), 约瑟夫·德帕斯夸莱 (STScI)

木星赤道附近有一股狭窄的急流，风速为 320 英里/小时。

木星 它包含太阳系大气的一些最显着的特征。 这颗行星上的大红斑大到足以包围地球，几乎与我们称之为家园的星球上的一些河流和山脉一样容易辨认。

然而，就像地球一样，木星也在不断变化，关于这颗行星，我们还有很多东西有待了解。 美国宇航局的 詹姆斯·韦伯太空望远镜 它解开了其中一些谜团，揭示了我们以前从未见过的木星新特征，包括在木星赤道上空高速飞行的高速喷气机。 虽然急流不像木星的其他一些特征那样在视觉上清晰或令人惊叹，但它确实让研究人员对木星大气层如何相互作用以及韦伯未来将如何帮助这些研究有了一个有趣的了解。

研究人员使用美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜的 NIRCam（近红外相机）检测到位于木星赤道上方、主云表面上方的高速喷射流。 研究人员在木星云顶上方约 12-21 英里（20-35 公里）的高度之间观察到 2.12 微米的波长，观察到了几个风切变或风速随高度或距离而变化的区域，这使得他们能够观察飞机的踪迹。 该图像突出显示了木星赤道区域周围的几个特征，在木星旋转一周（10 小时）之间，这些特征明显受到急流运动的干扰。 图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI、Ricardo Hueso (UPV)、Emke de Pater（加州大学伯克利分校）、Thierry Foucher（巴黎天文台）、Lee Fletcher（莱斯特大学）、Michael H. Wong（加州大学伯克利分校） ), 约瑟夫·德帕斯夸莱 (STScI)

韦伯太空望远镜发现木星大气层的新特征

美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜在木星大气层中发现了一个前所未见的新特征。 这架高速喷射流宽超过 3,000 英里（4,800 公里），位于木星赤道上方主要云层表面上方。 这架喷流的发现让我们深入了解木星湍流大气层如何相互作用，以及韦伯如何独特地追踪这些特征。

“这让我们完全惊讶，”西班牙毕尔巴鄂巴斯克大学的里卡多·韦索（Ricardo Hueso）说，他是描述研究结果的论文的主要作者。 “我们一直在木星大气层中看到的模糊薄雾现在看起来是清晰的特征，我们可以随着木星的快速旋转进行追踪。”

韦伯独特的成像能力

研究团队分析了 2022 年 7 月捕获的 Webb NIRCam（近红外相机）数据。早期发布科学计划 – 由 Imke de Pater 共同领导 加州大学伯克利分校 巴黎天文台的蒂埃里·福彻（Thierry Foucher）设计了用四种不同的滤光片拍摄相隔 10 小时或木星一天的木星图像，每种滤光片都能够独特地检测木星大气层不同高度的小特征的变化。

木星有一个分层的大气层，这张图显示了韦伯如何独特地从比以前更高的大气层收集信息。 科学家们能够利用韦伯来确定木星大气层不同层的风速，以便隔离高速喷射流。 对木星的观测是在三种不同的过滤器中进行的，间隔 10 小时，即木星日，如下所述，每种过滤器都能够独特地检测木星大气层不同高度的小特征的变化。 图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI、Ricardo Hueso (UPV)、Emke de Pater（加州大学伯克利分校）、Thierry Foucher（巴黎天文台）、Lee Fletcher（莱斯特大学）、Michael H. Wong（加州大学伯克利分校） , 安迪·詹姆斯 (STScI)

“尽管许多地面望远镜和航天器，例如美国宇航局的朱诺号和…… 卡西尼号和美国宇航局 哈勃太空望远镜 德佩特观察到了木星系统不断变化的天气模式，而韦伯已经提供了有关木星环、卫星和大气层的新发现。

大气层的对比

虽然木星在很多方面与地球不同——木星是一颗气态巨行星，而地球是一个温带的岩石世界——但两颗行星都有分层的大气层。 这些其他任务观测到的红外线、可见光、无线电和紫外线波长探测到了地球大气层的较低层和较深层——其中 巨大风暴 存在氨冰云。

另一方面，韦伯的近红外视野比以前更远，对木星云层上方约 15-30 英里（25-50 公里）的高层大气很敏感。 在近红外成像中，高空霾通常显得模糊，赤道地区上方的亮度增强。 通过网络，精细的细节可以在模糊的亮带内得到解决。

这幅闪电、对流塔（雷雨头）、深水云和木星大气层间隙的插图基于朱诺号宇宙飞船、哈勃太空望远镜和双子座天文台收集的数据。 朱诺号探测闪电放电产生的无线电信号。 由于无线电波可以穿过木星的所有云层，因此朱诺号能够探测到深云中的闪电以及木星白天的闪电。 哈勃探测到木星大气层云层反射的阳光。 不同的波长穿透云层的不同深度，使研究人员能够确定云顶的相对高度。 双子座绘制了冷云的厚度图，冷云阻挡了来自云层下方较温暖大气层的热红外光。 密集的云层在红外地图上显得较暗，而空地则显得较亮。 观测数据的收集可用于绘制三维云结构图并推断大气环流的细节。 随着潮湿的空气上升（上升的水上升和活跃的对流），形成厚厚的高耸云。 在干燥（底部）空气下沉的地方形成吹扫。 图中所示的云层比地球相对较浅的大气层中的类似对流塔高五倍。 所示区域的水平面积比美国大陆大三分之一。 图片来源：NASA、ESA、M. H. Wong（加州大学伯克利分校）和 A. 詹姆斯和 MW 卡拉瑟斯 (STScI)

新型急流的特点

新发现的急流的飞行速度约为每小时 320 英里（515 公里），是地球表面持续风速的两倍。 5 级飓风 在地球上。 它位于云层上方约 25 英里（40 公里）处，位于木星平流层下部（见上图）。

通过将韦伯观测到的高海拔风与哈勃观测到的深层风进行比较，研究小组能够测量风随高度变化的速度以及产生风切变的速度。

虽然韦伯精致的分辨率和波长覆盖范围允许检测用于跟踪喷流的小云特征，但在韦伯观测一天后哈勃进行的补充观测对于确定木星赤道大气的基态和观测赤道对流风暴的发展也至关重要.Jupiter 没有连接到飞机。

“我们知道韦伯和哈勃的不同波长将揭示风暴云的 3D 结构，但我们也能够利用数据的时间来了解风暴发展的速度，”加州大学的团队成员 Michael Wong 补充道，加利福尼亚州。 加利福尼亚州伯克利分校，他领导了相关的哈勃观测。

未来的观察和影响

研究人员期待着韦伯对木星进行更多观测，以确定飞机的速度和高度是否随着时间的推移而变化。

英国莱斯特大学的团队成员李·弗莱彻解释说：“木星在赤道平流层中具有复杂但重复的风和温度模式，高于在这些波长下测量的云和雾中的风。” “如果这架新喷气机的强度与这种振荡的平流层模式有关，我们可能预计这架喷气机将在未来两到四年内发生巨大变化——在未来几年测试这一理论将非常有趣。”

他继续说道：“令我惊讶的是，经过数年从众多天文台跟踪木星的云层和风之后，我们仍然有更多关于木星的知识需要了解，并且在 2022 年拍摄这些新的 NIRCam 图像之前，像这样的特征可能会一直隐藏在视线之外。” ” “。 弗莱彻。

研究人员的研究结果最近发表在 自然天文学。

参考文献：“詹姆斯·韦伯太空望远镜观测到的木星平流层下部的狭窄、浓缩的赤道喷流”作者：Ricardo Hueso、Agustín Sanchez-La Vega、Thierry Foucher、Imke de Pater、Arati Antoniano、Lee N. Fletcher、Michael H. Wong ，和巴勃罗·罗德里格斯-奥法利，劳伦斯·A. 斯罗莫夫斯基，帕特里克·M. 弗雷，格伦·S. 奥顿、桑德琳·吉尔莱特、帕特里克·J·J·欧文、伊曼纽尔·鲁鲁修、杰克·哈克特、凯瑟琳·德·克莱尔、亨里克·梅林、文森特·休、艾米·A· Simon、Statia Luszcz-Cook 和 Kunio M. Sayanagi，2023 年 10 月 19 日， 自然天文学。
DOI：10.1038/s41550-023-02099-2

詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界领先的太空科学天文台。 韦伯解开了太阳系的奥秘，超越了其他恒星周围的遥远世界，探索了宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置。 WEB 是由 NASA 与其合作伙伴欧洲航天局 (ESA) 共同领导的一项国际计划。欧洲航天局）和加拿大航天局。