卡西尼号数据揭示木星的“热点”是由罗斯比波创造的

使用图像从美国国家航空航天局卡西尼号宇宙飞船上,研究人员在一段时间内密切跟踪了多个“热点”的形状木星发现了这些热点是由罗斯比波产生的证据,这种模式在地球的大气和海洋中也可以看到。


美国宇航局博士后David Choi讨论了他对木星大气中被称为“热点”的暗特征的研究,以及它们与大规模大气波的联系。

在木星旋转的大气层中,无云的区域是如此的特殊,以至于大的区域被称为“热点”。这些净空究竟是如何形成的,以及为什么它们只在赤道附近被发现,长期以来一直是个谜。现在,利用美国宇航局卡西尼号飞船拍摄的图像,科学家们发现了新的证据,表明木星大气中的热点是由罗斯比波产生的,地球的大气和海洋中也发现了这种模式。研究小组发现,造成热点的波在大气层中上下滑动,就像旋转木马上的旋转木马。

“This is the first time anybody has closely tracked the shape of multiple hot spots over a period of time, which is the best way to appreciate the dynamic nature of these features,” said the study’s lead author, David Choi, a NASA Postdoctoral Fellow working at NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland.这篇论文发表在《伊卡洛斯》杂志4月号的网站上

Choi和他的同事们根据卡西尼号在2000年末飞越木星时拍摄到的数百个观测数据制作了延时电影,当时卡西尼号距离木星最近。电影放大了木星的一个暗带和亮白带之间的一条热点线,大约在赤道以北7度。该研究覆盖了约两个月(按地球时间计算),研究了热点的大小和形状每天和每周的变化,平均每个热点覆盖的面积超过了北美。

科学家对热点的大部分了解来自于NASA的伽利略任务,该任务释放了一个大气探测器,在1995年降落到一个热点。这是第一次,也是迄今为止唯一一次,对木星大气层的原位调查。

木星大气中的热点是由罗斯比波产生的

美国宇航局卡西尼号飞船拍摄的这张伪彩色图像中的暗热点是深入木星大气层的一个窗口。它的周围都是更高的云层,用不同的颜色表示云层在大气层的哪一层。右边的蓝色云在对流层上部,或者更高,在平流层。热点右边下方的红色环流和热点左下方的大红色羽流位于对流层下部。此外,一个高,薄雾覆盖框架的一部分。这张图片的注释版本突出了中间的热点,在羽流和环流周围用箭头和方框标出。图片来源:NASA /姓名/ SSI /戈达德宇航中心

“伽利略的调查数据和卫星图像暗示复杂风围绕和通过这些热点,并质疑是否从根本上是波浪,气旋或介于两者之间,“说Ashwin Vasavada,一篇论文的合著者是在帕萨迪纳市的美国宇航局喷气推进实验室,加州在飞越木星时,他是卡西尼成像小组的一员。“卡西尼的精彩电影现在非常详细地展示了热点的整个生命周期和演变。”

因为云层中的热点是破碎的,所以它们将窗户提供进入通常看不见的木星的大气层,可能一直到水云可以形成的水平。在图片中,热点似乎阴影,但由于更深层次的层,热点在感测热的红外波长下非常明亮;事实上,这就是他们的名字。

一种假设是,当大气流在大气中下沉并在这个过程中被加热或干燥时,热点就会出现。但是热点惊人的规律性使得一些研究人员怀疑其中有大气波的存在。通常情况下,8到10个热点排成一行,大致均匀地间隔,中间有密集的白色云羽。这种模式可以用一种波来解释,这种波把冷空气推下去,驱散云层,然后把温暖的空气带上去,造成羽状云中的厚重云层覆盖。计算机建模加强了这种推理方式。

从卡西尼的电影中,研究人员绘制了每个热点和烟柱内部和周围的风,并检查了与经过的涡的相互作用,以及与热点合并的风环流或螺旋涡。为了将这些运动从热点所在的急流中分离出来,科学家们还追踪了小型“摩托车”云的运动,这种云类似于地球上的卷云。这可能是对急流真实风速的第一次直接测量,风速约为每小时300到450英里(每小时500到720公里)——比任何人之前认为的都要快。这些热点以225英里每小时(362公里每小时)的悠闲速度漫步。

木星热点的近距离观察

在美国宇航局卡西尼号飞船拍摄的这一系列图像中,一个黑色的矩形热点(顶部)与从右上方(第二张图)靠近的漩涡线相互作用。交互作用扭曲了热点(第三个面板)的形状,使其缩小(底部)。黑色的比例尺约为6200英里(10,000公里)宽,大约是美国的两倍宽。从上到下,这些图像是由卡西尼号的科学成像子系统在2000年11月21日、24日、27日和12月3日拍摄的。图片来源:NASA /姓名/ SSI /戈达德宇航中心

通过戏弄这些个体运动,研究人员看到热点的动作适合大气中罗斯比波的图案。在地球上,Rossby Waves在天气中发挥着重要作用。例如,当寒冷的北极空气爆炸突然下降并冻结佛罗里达州的作物时,Rossby Wave正在与极地喷射流互动并将其从其典型的课程中发送。浪潮在我们的星球周围旅行,但定期徘徊在北方和南方。

造成热点的波浪也会从西向东绕着地球旋转,但它不是向北或向南移动,而是在大气中上下滑动。研究人员估计,海浪可能会在15到30英里(24到50公里)的高度上升和下降。

新发现应该帮助研究人员了解伽利略探针返回的观察结果延伸到木星的其余部分。“这是回答更多仍然仍然环绕着木星的斑点的问题的另一个步骤”。

卡西尼-惠更斯任务是美国宇航局、欧洲航天局和意大利航天局的合作项目。任务由JPL.美国宇航局科学任务理事会,华盛顿。

出版物:David S. Choi等,“木星赤道热点的气象赤道热点和Cassini,”Icarus,第223卷,第2卷,2013年4月第832-843页;
DOI: 10.1016 / j.icarus.2013.02.001

论文拷贝自Arxiv.org

图片提供:美国宇航局/姓名/ SSI /戈达德宇航中心

1评论“卡西尼号数据揭示木星的‘热点’是由罗斯比波创造的”

  1. Jupiter的红点和其他热点被认为是Jupitor上的旋风,因为缺乏坚实的地面或水反应而悬而多数千年。虽然这个想法是正确的,但它必须由这篇文章提炼一些。他们是宿醉环绕地球圈盘旋。可能是,它是一个原型的形成吗?谢谢你。

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