不管從體積仍是質量上看,木星都可謂太陽系行星中的巨無霸。雖然不少探測器早已飛掠木星,這顆外表好像油畫般的氣體星球仍然蒙著一層層奧妙的面紗。
除了令人驚嘆的赤色和白色條帶之外,木星上分外挑逗人心的便是大紅斑。據朱諾號木星探測器傳回的相片,大紅斑呈橢圓形,宛如一顆巨大的寶石鑲嵌在木星的大氣云帶之間。
大紅斑仿若木星的一個胎記。自1665年被天文學家卡西尼(Cassini)發現以來,大紅斑被人類知曉已長達300多年,人類對大紅斑的接連觀測也有100多年前史。依據前史觀測數據,大紅斑正在不斷縮小,形狀漸漸的變圓,色彩也跟著時刻發作顯著的改動。
面臨大紅斑的改動,有學者提出,大紅斑終將會消失。這是真的嗎?
多彩的反氣旋風暴
在此之前,先要搞清楚大紅斑終究是什么。
木星就像一顆被彩虹條帶包裹的星球,這些條帶是因木星上氨冰云的厚度和高度差異構成的,也與大氣壓的不同有關。如果把木星看作調色板,它身上的顏料會跟著木星自轉而活動,每時每刻發作改動,然后制作出一幅絕無僅有的油畫。
在這幅油畫中,大紅斑共同而耀眼。它呈卵形,東西長約2.6×104千米,南北寬約1.2×104千米,大約坐落木星赤道以南、南緯22°的方位。材料顯現,大紅斑開始的掩蓋規劃大到足以吞進2—3個地球。
由于外表存在巨大風暴和洶涌的氣流,木星也被稱為風暴的花園。而大紅斑正是一股強烈的反氣旋(高壓)風暴。這股風暴依照逆時針方向高速旋轉,大約六個地球日轉完一圈。它的色彩有時艷麗、亮堂,呈鮮赤色;有時變淺變淡,呈粉赤色,乃至徹底褪色。
這股共同的風暴是怎么構成的呢?
大紅斑和木星外表的其他渦旋相同,都是由木星內部向外發出的暖流驅動,并且在強壯的地轉傾向力(科里奧利力)效果下構成的?墒撬鼈兊臏u旋強度和進入木星內部的深度各有不同。中科院上海天文臺研究員孔大力告知科技日報記者,大紅斑與木星的內部暖流有關。
木星上有大紅斑也有白斑,這二者有何差異?孔大力解說道,大紅斑內風速高,整個渦旋或許向下扎根數百公里,因而它的存在較為安穩。而木星上其他許多白斑風速比較低,存在于大氣上層,還未能向下延伸許多。
木星上赤色和白色區域反映了溫度的不同?状罅嗣鳎咨珔^域溫度較低,氨等成分會以冰晶方式存在,因而反照率較強,顯現為白色;而赤色區域溫度較高,存在方式為氣體,因而反照率下降,色彩暗淡發紅。
有人戲弄,企圖了解木星內部暖流會發作白斑仍是紅斑,就像企圖猜測把奶油倒入一杯熱咖啡時會發作何種圖畫相同困難。
紅云掉落或許是天然狀況
年月易逝,容顏易老,大紅斑也在年月流通中悄然改動。
100年前,大紅斑的直徑約為4萬公里,現在只要其時的一半左右。天文學家稱,大紅斑在曩昔10年左右大約丟失了其總巨細的15%。照這樣下去,到2040年時,橢圓形的大紅斑或許會變成圓形。
面臨大紅斑不斷減肥且變圓的趨勢,有研究者提出疑問:大紅斑是否會消失?以為大紅斑會消失的人指出,木星大氣層中一些不知道的活動或許正在耗費大紅斑能量,使大紅斑漸漸的變小。
依據此前傳回的大紅斑相片,科學家們發現,大紅斑上有赤色物質掉落的現象。2019年春,有觀察者也拍照到了大紅斑撕下赤色薄片的現象。有人估測,這是大紅斑消失的預兆。
不過,在美國加州大學伯克利分校的菲利普·馬庫斯(PhilipMarcus)看來,大紅斑自身有云層掩蓋,這種掉落現象是渦旋的一種天然狀況,并非大紅斑逝世的痕跡。
紅云掉落能夠理解為溫度較高的一團氣體脫離大紅斑。近期觀察到的紅云掉落應該是正常的渦旋相互效果的成果。孔大力也標明,大紅斑是一個反氣旋,當一個小的氣旋接近它時,就會構成大紅斑一些外圍部分脫離大紅斑,并且,這種相遇和影響或許常常發作。
來自美國哈佛大學地球和行星科學系的博士后哈桑扎德(Hassanzadeh)曾標明,許多要素或許會削弱大紅斑。比方大紅斑自身往外輻射熱量,其周圍的小渦旋也會影響大紅斑。
還有些研究者指出,大紅斑經過吞并周圍的渦旋獲得能量并延伸命命。美國國家航空航天局(NASA)戈達德太空飛行中心的艾米·西蒙(AmySimon)就曾標明,一些很小的渦旋在不斷匯入大紅斑中。西蒙以為,這些小渦旋或許是導致大紅斑內部動力和能量改動的要素。
孔大力則坦言,大紅斑自身規劃遠大于其他渦旋,一般的渦旋對大紅斑的影響很難從底子上改動大紅斑的動力學性質和形狀。哈桑扎德也以為,大紅斑吞并小渦旋的現象不足以解說為何大紅斑能夠如此長命。
筆直渦旋或是要害要素
實際上,天文學家并不確認大紅斑的存在是暫時仍是永久的。
依據現在的理論,大紅斑或許早已消失。但是,它現已存在了數百年。哈桑扎德說。
為了探求大紅斑長命奧妙,哈桑扎德和馬庫斯建立了自己的模型。與其他模型不同,他們的模型徹底是三維的,具有很高的分辨率。最重要的是,與大多數模型僅重視水平活動旋渦不同,馬庫斯團隊的模型將筆直活動的渦旋也納入了模型構建中。
哈桑扎德說:曩昔,有研究人員以為筆直渦旋不重要而將其疏忽,或由于這樣建模太困難而使用了更簡略的方程式。
隨后,他們發現,筆直運動的渦旋或許是揭開大紅斑長命之謎的要害。當大紅斑丟失能量時,筆直渦旋上方的熱氣體和下方的冷氣體就會流向中心,以康復其部分丟失的能量。
依據哈桑扎德的說法,相似的筆直渦旋能夠用于解說為何直布羅陀海峽鄰近的洋流渦旋能繼續數年,即筆直流將營養物質送到海洋外表,然后在海洋生態系統中發揮效果。
雖然有很多圖畫依據證明大紅斑逐步縮小。但研究人員說,還沒有直接依據標明大紅斑渦旋自身巨細或強度現已改動。
大紅斑是否會消失這樣的一個問題很難答復?状罅χ,由于大紅斑是由內部暖流驅動的,所以終究導致它消失的底子原因仍是全球內部向外發出暖流發作改動。而這種改動是由木星更深部流體運動狀況改動構成的,這種改動需求的時刻或許好久。
另一種影響大紅斑的狀況便是渦旋之間的相互效果。所謂的大紅斑赤色物質掉落,便是源于其鄰近渦旋的影響。但從現有理論剖析和數值模仿來看,大紅斑在和其他渦旋發作效果時仍是比較安穩的?状罅χ,大紅斑終究會不會消失,或許仍是要由驅動大紅斑的底子要素,也便是內部暖流來決議。
值得一提的是,此前對大紅斑的地上觀測只限于色彩、形狀及方位改動。自先驅者10號和11號,以及旅行者1號和2號飛掠木星并獲得近距離觀測材料后,對大紅斑纖細結構的剖析成為或許。研究人員也期望,哈勃太空望遠鏡能助力揭開更多木星之謎。
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