木星的整個圓盤在紅外光下的圖像

圖中為木星的整個圓盤在紅外光下的圖像，是由國際雙子座天文臺觀察到的九個不同方位的圖合成。研究小組從38張不同方位的“幸運(yùn)成像”（lucky imaging）照片中選擇了最清晰的10％，并將它們結(jié)合起來形成木星磁盤的九分之一。然后將其他九個方位處的圖像疊加在一起，形成一個清晰的全局視圖，最終圖像便是木星從地面上拍攝的最高分辨率的紅外圖像。圖片來源：國際雙子星座天文臺

哈勃和雙子座捕獲高分辨率的木星全局視圖，這對于解釋朱諾號對木星的近距離觀測至關(guān)重要。

木星的颶風(fēng)高達(dá)四十英里，延伸到整個大陸的一半，巨大的風(fēng)暴肆虐長達(dá)數(shù)個世紀(jì)。其閃電強(qiáng)度是地球上最強(qiáng)的三倍，證明了木星（行星之王）木星已經(jīng)證明了自己是比羅馬天神和雷神更有價值的名字。盡管進(jìn)行了400多年的科學(xué)觀察，但是木星動蕩不斷變化的颶風(fēng)及其許多細(xì)節(jié)仍然難以捉摸?，F(xiàn)在，由于哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，雙子座天文臺和朱諾航天器的共同努力，科學(xué)家們能夠深入探查風(fēng)暴系統(tǒng)，調(diào)查雷電爆發(fā)的源頭，繪制旋風(fēng)渦旋圖，并揭示其中神秘特征的性質(zhì)。這項獨特的合作使研究人員能夠監(jiān)視木星的天氣并估算大氣中的水量，從而洞悉木星如何運(yùn)轉(zhuǎn)以及它與太陽系中其他行星45億年前是如何形成系統(tǒng)的。

無線&閃電秀

與地球上的雷暴相比，木星的雷暴從底部到頂部高達(dá)40英里，是地球上典型雷暴的五倍，而強(qiáng)大的閃電則比地球最大的“超級閃電”高出三倍。就像地球上的閃電一樣，木星的閃電像無線電發(fā)射器一樣，當(dāng)它們在天空中閃爍時發(fā)出無線電波以及可見光。每隔53天，朱諾航天器就會行進(jìn)在風(fēng)暴系統(tǒng)中，檢測出被稱為“ sferics”和“ whistlers”的無線電信號，這些信號甚至用來在白天繪制閃電圖或看不到閃電的深層云中。

該圖顯示了朱諾航天器，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和雙子座天文臺對木星上的云結(jié)構(gòu)和大氣環(huán)流的觀測和解釋。通過結(jié)合三者的數(shù)據(jù)，研究人員能夠看到閃電聚集在湍流區(qū)域，那里有深層云，潮濕的空氣在上升，形成類似于地球上的積雨云（雷雨云）的高對流。圖片來源：NASA。

每次通過時，哈勃和雙子座都在遠(yuǎn)處注視著，捕捉著木星的高分辨率全局視角，這對于解釋朱諾的近距離觀測至關(guān)重要。 朱諾的微波輻射計通過檢測可以穿透厚厚的云層的高頻無線電波，深入探測到木星的大氣層。哈勃和雙子座的數(shù)據(jù)可以告訴我們云層有多厚，以及我們看到云層有多深。

通過將朱諾探測到的閃電映射到哈勃拍攝的行星光學(xué)圖像和雙子座同時拍攝的熱紅外圖像上，研究團(tuán)隊已經(jīng)能夠證明閃電的爆發(fā)與云層結(jié)構(gòu)的三向組合有關(guān)：由水制成的深云，潮濕的空氣上升引起的大型對流，以及對流外部的較干燥的空氣下降引起的空曠地區(qū)。

將閃電與深水云聯(lián)系起來的能力還為研究人員提供了另一種估算木星大氣中水量的工具，這對于了解木星以及其他氣體和冰巨星是如何形成的，從而了解整個太陽系的形成非常重要。盡管從先前的太空任務(wù)中搜集到有關(guān)木星的信息很多，但許多細(xì)節(jié)（包括深層大氣中的水量，內(nèi)部熱量的確切流動方式以及導(dǎo)致云中某些顏色和圖案的原因）仍然是個謎。

木星類似“南瓜燈”的紅色斑點

在朱諾任務(wù)期間，由于哈勃和雙子座頻繁地觀測木星，科學(xué)家們還能夠研究短期變化和壽命短暫的特征，例如木星大紅斑。從朱諾以及先前對木星的任務(wù)中獲得的圖像顯示，木星大紅色斑點內(nèi)的暗色特征隨著時間的流逝而出現(xiàn)、消失和改變形狀。從單個圖像中還不能夠了解這些圖像是由高云層內(nèi)的某種神秘的深色物質(zhì)引起的？還是由高云層中的孔所致？

現(xiàn)在，由于能夠?qū)⒐h(yuǎn)鏡的可見光圖像與雙子座的紅外圖像相互比較，因此可以解決這個問題。在可見光中較暗的區(qū)域在紅外中非常明亮，表明它們實際上是云層中的孔。在無云地區(qū)，木星內(nèi)部的熱量以紅外光的形式散發(fā)出來，否則會被高空云阻擋，它們可以自由散逸到太空中，因此在雙子座圖像中顯得明亮。

上圖木星大紅色斑點圖像是使用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和雙子座天文臺于2018年4月1日收集的數(shù)據(jù)制作的。通過結(jié)合從兩個不同天文臺幾乎同時捕獲的觀測結(jié)果，天文學(xué)家能夠確定暗處大紅色斑點上的特征是云層中的孔洞，而不是大量的深色物質(zhì)。

• 左上方和左下方：哈勃在木星大氣中反射出的陽光（可見波長）的影像顯示了大紅色斑點內(nèi)的暗色特征。

• 右上方：來自雙子座的同一區(qū)域的紅外熱圖像顯示，熱量以紅外能量的形式散發(fā)。涼爽的上覆云層顯示為黑暗區(qū)域，但云層中的空隙使明亮的紅外輻射可以從下面的較暖層中逸出。

• 下中部：哈勃望遠(yuǎn)鏡發(fā)出的紫外線圖像顯示，陽光從大紅色斑點上方的霧團(tuán)中散射回來。大紅色斑點在可見光下顯示為紅色，因為這些霧狀吸收了藍(lán)色波長。

• 右下：哈勃和雙子座數(shù)據(jù)的多波長合成顯示藍(lán)色為可見光，紅色為熱紅外。觀察結(jié)果表明，在紅外光下明亮的區(qū)域是空曠的地方或云量較少的地方，這些熱量遮擋了內(nèi)部熱量。

哈勃和雙子座為支持朱諾任務(wù)而對木星進(jìn)行的定期成像，在研究許多其他天氣現(xiàn)象方面也被證明是有價值的，這些天氣現(xiàn)象包括風(fēng)型的變化，大氣波的特征以及大氣中各種氣體的循環(huán)。

研究結(jié)果于2020年4月發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志增刊》系列中。