美国国家航空航天局“朱诺号”探测器更新了木星水之谜

木星的南赤道区域

2017年9月1日,美国宇航局“朱诺”号飞船上的朱诺相机拍摄到了这张木星南赤道地区的照片。这张图片的方向是木星的两极(不可见)从左到右运行的框架。资料来源:NASA/ jpl -加州理工学院/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill

该任务发布了第一批关于水的数量的数据木星这是该机构自1995年伽利略号任务以来首次发现这颗气态巨星存在水。

美国宇航局“朱诺”号探测器首次提供了有关木星大气中水含量的科学结果。最近发表在《自然天文学》杂志上的“朱诺号”的研究结果估计,在赤道,水分子占木星大气分子的0.25%,几乎是太阳分子的三倍。这些也是第一个发现天然气巨头的大量的水自1995年该机构的伽利略任务建议木星可能极其干燥相比,太阳(比较不基于液态水存在的组件,氧气和氢气,在阳光下)。

几十年来,行星科学家一直希望对木星大气层中水的总量进行准确的估计:这个气体巨星中的数字代表了我们太阳系形成之谜中缺失的关键部分。木星很可能是第一个形成的行星,它包含了大部分没有被纳入太阳的气体和尘埃。

关于其形成的主要理论是基于这颗行星吸收了多少水。丰富的水资源对这个气体巨人的气象学(气流如何在木星上流动)和内部结构也有重要的影响。“旅行者”号和其他航天器在木星上探测到的闪电现象——通常是由水分引起的——暗示着水的存在,但对木星大气层深处的水量的准确估计仍然难以捉摸。

乔利斯赤道区

厚厚的白色云存在于Jupiter的赤道区的junocam形象中。在微波频率下,这些云是透明的,允许Juno的微波辐射计测量水深的水深血管的气氛。2017年12月16日在Juno的Flyby期间收购了图像。Credit:NASA / JPL-CALTECH / SWRI / MSSS / KEVIN M. GILL

之前伽利略号探测器1995年12月,它停止了在降落到木星57分钟后的发射,向木星75英里(120公里)深处发射光谱仪测量到的水的含量,那里的大气压力达到了每平方英寸320磅(22巴)。研究数据的科学家们感到沮丧的是,发现的水比预期的少十倍。

更令人惊讶的是:伽利略号探测器测量到的水的数量似乎在测量到的最大深度仍在增加,远远低于理论所认为的大气混合良好的深度。在一个混合良好的大气中,该地区的水分含量是恒定的,更有可能代表全球平均水平;换句话说,它更有可能代表整个行星的水。结合地面望远镜同时获得的红外地图,结果表明,探测任务可能只是运气不好,在木星上对一个异常干燥和温暖的气象点进行取样。

“只是当我们认为我们有了想法的时候,木星提醒我们,我们仍然需要学习多少,”圣安东尼奥西南研究所的朱诺首席调查员苏达·博尔顿说。“朱诺的惊喜发现,大气层并没有很好地混合在云顶下面是我们仍然试图弄清楚的谜题。没有人会猜到水在整个星球上可能是如此的变化。“

从上面测量水

一艘旋转的太阳能飞船,朱诺在2011年推出。由于伽利略号的探测经验,该任务寻求在这颗巨大行星的大片区域获得丰富的水含量读数。朱诺微波辐射计(MWR)是一种用于深空行星探测的新型仪器,它使用6个天线在多个深度同时测量大气温度,从上方观察木星。微波辐射计利用了水吸收微波辐射的特定波长这一事实,这与微波炉快速加热食物的技巧是一样的。测量的温度用来限制大气深处的水和氨的数量,因为这两种分子都吸收微波辐射。

Juno Science团队使用了Jumo的Jupitor八八科学鹅卵石期间收集的数据来产生调查结果。它们最初集中在赤道区域上,因为大气显着更良好,甚至处于深度,而不是在其他地区。从其轨道鲈鱼来看,辐射计能够从伽利略探针(150公里)的伽利略探针(150公里)收集到木星的深度深度的数据。压力达到约480psi(33 bar)。

“我们发现赤道里的水比伽利略号探测器测量到的要多,”朱诺号的科学家李成(音)说加州大学,伯克利。“因为赤道区域在木星中非常独特,我们需要将这些结果与其他地区的水进行比较。”

向北界

“朱诺号”的53天轨道正缓慢向北移动,正如预期的那样,每次飞近木星时都能聚焦更多的木星北半球。科考队急切地想知道大气中的水分含量是如何随纬度和地区而变化的,以及富含气旋的两极能告诉他们关于这个气体巨行星的全球含水量。

朱诺的24TH.科学探测器于2020年2月17日飞越木星。下一次科学飞越将于2020年4月10日进行。

“每种科学都是一个发现的活动,”博尔顿说。“与木星有一些新的东西。朱诺已经教过我们一个重要的教训:我们需要靠近和个人到一个地球来测试我们的理论。“

位于加利福尼亚州帕萨迪纳市的美国宇航局喷气推进实验室,为圣安东尼奥西南研究所的首席研究员斯科特·博尔顿管理朱诺任务。“朱诺号”是美国宇航局“新前沿”项目的一部分,该项目由美国宇航局位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔航天飞行中心(Marshall Space Flight Center)为美国宇航局科学任务理事会(Science Mission Directorate)管理。意大利航天局贡献了木星红外极光绘图仪和ka波段翻译系统。位于丹佛的洛克希德·马丁航天公司建造并操作了这艘宇宙飞船。

Reference: “The water abundance in Jupiter’s equatorial zone” by Cheng Li, Andrew Ingersoll, Scott Bolton, Steven Levin, Michael Janssen, Sushil Atreya, Jonathan Lunine, Paul Steffes, Shannon Brown, Tristan Guillot, Michael Allison, John Arballo, Amadeo Bellotti, Virgil Adumitroaie, Samuel Gulkis, Amoree Hodges, Liming Li, Sidharth Misra, Glenn Orton, Fabiano Oyafuso, Daniel Santos-Costa, Hunter Waite and Zhimeng Zhang, 10 February 2020,自然天文学
DOI: 10.1038 / s41550 - 020 - 1009 - 3

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