木星是羅馬神話中的眾神之王，他把自己隱藏在雲層中，以掩蓋他的真實本性。但他的妻子，女神朱諾，能夠看穿這層面紗，揭示他淘氣的行為。
因此，以朱諾命名的環繞木星的美國宇航局探測器是恰如其分的。這顆氣體巨行星用華麗的漩渦和雲帶遮蔽了其內部運作，而朱諾號軌道飛行器則負責探測這一屏障，以尋找有關該行星起源和演化的線索。 隱藏在下面的是什麼秘密？
朱諾號最新的研究成果於 10 月 28 日發表在《科學》雜誌上，它衡量了木星劇烈風暴的深度，包括其大紅斑——一個比地球還寬的漩渦，已經劇烈攪動了數百年。 這些發現透過微波觀測和重力測量相結合而收集，將幫助科學家描述木星天氣的動態以及它如何隨時間推移而冷卻下來，從而深入瞭解我們太陽系內外仍然神秘的氣體巨行星的誕生。
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“木星的美麗不僅僅是表面現象，”西南研究院的天體物理學家、朱諾任務的首席研究員斯科特·博爾頓說。“我們第一次看到了三維的大氣層。”
哈佛大學理論行星科學家、其中一篇論文的合著者拉凱什·亞達夫說，凝視木星濃密的雲層之下是瞭解宇宙中氣體巨行星熱量傳遞出來的更普遍的能量過程的關鍵。 “它不僅告訴我們這些行星目前的狀況，還告訴我們它們過去可能發生的事情，”他說。 就木星這個我們太陽周圍形成的第一個也是最大的行星而言，它的起源一定在塑造我們太陽系的其他部分方面發揮了重要作用。
木星以微波的形式釋放出大部分內部熱量，並且由於行星的溫度隨深度增加而升高，因此這些發射的頻率在靠近木星表面時較高，而在更深處時較低。 朱諾號配備了一個微波輻射計，這是一種調諧到木星六個不同頻率的微波傳輸的裝置，每個值對應於不同的深度。 “這幾乎就像我們在插入溫度計，”博爾頓說。 藉助輻射計，朱諾團隊可以建立木星大氣層的熱圖，並在大氣層中不同高度尋找圓形特徵，這表明存在渦流。 他們發現大紅斑的根部延伸到雲頂以下至少 240 公里處，遠至微波輻射計可以看到的範圍。
為了進行更深入的探測，研究人員轉而研究木星重力場的扭曲，這透過行星自身對朱諾號的推拉作用來體現，從而略微改變了軌道飛行器相對於地球的速度和方向。 從木星收集的資料透過特定頻率的無線電訊號傳送回我們的家園地球，但是朱諾號軌道上的這些微小偏差將導致該訊號的頻率發生變化； 當朱諾號遠離地球時，頻率會下降，而當飛行器被推回我們身邊時，頻率會上升。 透過測量朱諾號飛越大紅斑時這些微小的偏移，科學家可以精確測量區域性重力場以及巨大渦流延伸的深度。
重力資料表明，大紅斑的大氣“根部”延伸到木星雲頂以下不超過 500 公里處。 博爾頓說，它可能不會在這個點上突然截止。 相反，它的渦流可能會逐漸消退，儘管要證實這一點，需要測量朱諾號目前無法分辨的頻率偏移。
康奈爾大學行星科學家、朱諾任務的共同研究員喬納森·盧寧認為，大紅斑的深根可能解釋了這場猛烈風暴的永續性。 他說，在地球上，驅動我們天氣的能量主要來自雲底水蒸氣的凝結，這形成了雨、風和閃電等特徵。 但是大紅斑的底部遠遠超出了木星的雲底。 “所以，它不僅僅是一個氣象特徵，”他說。 相反，它的環流一定是從大氣層更深、更密集的層中汲取能量。
該儀器還觀察到另外兩場風暴，雖然這三場風暴的根部都超過了雲底，但都沒有像大紅斑那樣深入。 “這表明大紅斑的驅動機制與其他渦流不同，”未參與該任務的亞利桑那大學行星科學家湯米·科斯基寧說。 但其中涉及的確切能量過程仍然未知。 原則上，進一步的澄清可能來自木星大氣動力學與其他恆星周圍氣體巨行星的大氣動力學的比較研究，即使後者遠遠超出了任何類似朱諾號的直接探測的範圍。 科斯基寧說，與此同時，我們必須滿足於對木星的奢華觀測，“我們後院的氣體巨行星”。
至於大紅斑的命運——它是否會繼續攪動多年，或者最終會縮小並完全消失——這個答案仍然隱藏在木星的雲層背後。 無論如何，就目前而言：美國宇航局已將朱諾任務延長了四年，因此該團隊的科學家期待著實驗的下一階段。 亞達夫尤其對更多資料感到興奮，這些資料可以用作完善木星大氣動力學隨時間演變的模型的“觀測錨”。 博爾頓還表示，朱諾號緩慢移動的軌道正在接近與行星北極的對齊，那裡潛伏著另一場巨大的風暴。 當航天器飛越這個外星極地渦旋時，任務團隊也將能夠測量其穩定性、結構和深度，從而增加另一個與大紅斑進行比較的資料點。
盧寧說：“這是對木星未知部分的探索”，這是第一次有機會觀察天氣如何在基本上是無底的氣體巨行星大氣層中運作。 “能夠用朱諾號探測它是令人興奮的。”