科学家称太阳系中最大的风暴正在意外移动

根据哈勃太空望远镜的新观测,木星的大红斑——这个已有190年历史的风暴,像果冻一样晃动,并像被挤压的解压球一样变形。这些观测是在12月至3月期间90天内进行的,显示出大红斑并不像看起来那样稳定。大红斑是一个反气旋,是木星大气层内围绕高压中心旋转的大规模风的循环,位于这颗行星的南中纬度云带。这个长寿命的风暴非常巨大——是太阳系中最大的,地球可以容纳在其中。

虽然风暴通常被认为是不稳定的,但大红斑却持续了近两个世纪。然而,观测到的风暴变化似乎与它的运动和大小有关。图片的时间间隔显示漩涡像果冻一样“晃动”,并随着时间的推移而扩张和收缩。研究人员在《行星科学杂志》上发表的分析中描述了这次观测,并在美国天文学会行星科学分部第56届年度会议上进行了介绍。“虽然我们知道其经度的运动略有变化,但我们没想到大小也会波动。据我们所知,这之前没有被发现过,”

领导这项研究的作者艾米·西蒙说道。她是美国马里兰州绿带市NASA戈达德太空飞行中心的行星科学家。“这是我们第一次拥有适当的GRS成像节奏,”西蒙说。“凭借哈勃的高分辨率,我们可以断定GRS在加速和减速的同时也在收缩和展开。这是非常出乎意料的。”变动的外星风暴
天文学家至少在150年来一直观察这个标志性的红色特征,而有时,这些观测会带来惊喜,包括最新的发现:

风暴的椭圆形状会发生变化,有时看起来更瘦或更胖。最近,一个独立的天文学家团队利用詹姆斯·韦伯太空望远镜深入大红斑的核心,捕捉到新的红外光细节。哈勃的观测是在可见光和紫外光下进行的。9月27日发表在《地球物理研究杂志:行星》上的研究揭示大红斑中心很冷,导致氨和水在漩涡中凝结并形成厚厚的云层。研究团队还检测到风暴中存在磷化氢气体,这可能在生成神秘的红色中起作用,使大红斑如此标志性。

NASA科学家利用哈勃的锐利眼力通过外行星大气遗产(OPAL)计划每年追踪风暴的行为,西蒙负责领导这一计划。科学家们利用该计划观察太阳系外行星并观测它们随时间的变化。然而,新观测是通过一项专注于更详细研究大红斑变化的计划单独进行的,观察风暴在数月内的变化,而不是单一的年度快照。“对未受过训练的眼睛来看,木星的条纹云和著名的红色风暴可能显得静止、稳定并持续多年,”弗莱彻说。

“但更仔细地检查显示出令人难以置信的变异性,天气模式和我们在地球上看到的同样复杂。行星科学家多年一直在努力寻找这种变异中的模式,这可能帮助我们掌握这一复杂系统的物理基础。”弗莱彻没有参与这项新的研究。通过该计划对太阳系最大风暴的观测收集到的见解可以帮助科学家理解围绕其他恒星运行的系外行星上可能的天气。这种知识可以扩大他们对超出地球上的气象过程的理解。

西蒙的团队利用哈勃的高分辨率图像详细观察了大红斑的大小、形状和颜色变化。“当我们仔细观察时,我们看到很多东西每天都在变化,”西蒙说。这些变化包括当大红斑处于最大尺寸时,其核心的亮度增加,同时它也在振荡。“随着其加速和减速,GRS正在对北侧和南侧的风速喷流产生推力作用,”研究共同作者、加州大学伯克利分校的行星科学家麦克·黄说。“这类似于一个三明治,当中间的馅料太多时,面包片被迫膨胀。”

在海王星上,由于没有强风喷流固定住,黑点会漂移过整个行星,而大红斑则被困在木星的南纬度的喷流之间。正在缩小的斑点
天文学家注意到自OPAL计划十年前开始以来,大红斑正在缩小,并预测它将继续缩小,直到达到一个稳定的、较不延长的形状,这可以减少摇摆。“目前,相对于风场,它在其纬度带上过于膨胀。一旦它缩小到这一带,风将真正把它固定在原地,”西蒙说。新的哈勃研究填补了关于大红斑谜题的更多部分,弗莱彻说。

科学家们已知风暴的向西漂移存在无法解释的90天振荡模式,尽管风暴在缩小,但加速和减速的模式似乎没有改变,他说。“通过观测GRS几个月,哈勃显示了反气旋本身随着这种振荡而改变其形状,”弗莱彻说。“形状的变化很重要,因为它可能影响漩涡边缘与其他经过风暴的交互。除了华丽的哈勃图像之外,这项研究还显示了长期观察大气系统的力量。

你需要这种监测才能发现这些模式,并且显然你观察得越久,在混乱的天气中看到的结构就越多。”