金星的超能力——維持一片云的存在超過三十年

2016年9月5日，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)航天器赤月號(hào)(Akatsuki)上的紅外攝像機(jī)拍攝到的金星圖像。（圖片來源:日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA））

金星上有許多奇奇怪怪的事情發(fā)生。其中有一個(gè)可辨認(rèn)的天氣模式，科學(xué)家們?nèi)缃癫乓庾R(shí)到它已經(jīng)在金星的大氣中存在至少30年了。

外號(hào)“巨型黑云”，科學(xué)家首次從數(shù)據(jù)中注意到它的特征是來自于日本太空飛船赤月號(hào)的紅外相機(jī)，其從2015年開始就圍繞金星運(yùn)行了。這片云非常巨大，能達(dá)到這顆星球赤道緯度的三分之一。在確認(rèn)這一特征后，科學(xué)家們?cè)谶@顆行星的類似紅外觀測(cè)檔案中尋找它，并在整整三十年的相關(guān)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了它的特征

科羅拉多大學(xué)博爾德分校，大氣與空間物理實(shí)驗(yàn)室的行星大氣科學(xué)家、該現(xiàn)象新研究的主要作者凱文·麥古爾德里克告訴Space.com:“云層物理通常在非常短的時(shí)間尺度上運(yùn)行?！?/p>

他說：“觀察一個(gè)存在了幾十年或者幾個(gè)世紀(jì)的特征是很奇怪的一件事情。在行星大氣中，自然環(huán)境總是在變化。 如果一件事持續(xù)很久，那才是奪人眼球的。”

麥古爾德里克指出，巨型烏云的特征有兩個(gè)方面。他說，“最初，這被稱為‘顛覆’。 這被認(rèn)為是一個(gè)由明到暗的急劇轉(zhuǎn)變，是可以重復(fù)的，”盡管它從赤道開始延伸到南緯30度左右，但這種轉(zhuǎn)變只在經(jīng)度上發(fā)生了幾度。 “但在它的背后還有一個(gè)巨大的結(jié)構(gòu)，幾乎是半球大小的”——因此得名巨型黑云。

這整塊黑云的運(yùn)行軌道似乎與金星的其他云層不同，其每五天就會(huì)與金星發(fā)生一次撞擊，比麥古爾德里克所說的“背景云”要快幾天。

雖然巨大的烏云是在赤月號(hào)軌道飛行器收集的數(shù)據(jù)中首次發(fā)現(xiàn)的，但該航天器的位置并不適合破解這一特征的秘密。

探測(cè)器大部分時(shí)間都在離火星相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，基本上是為了看到以赤道為中心的全半球視圖。 而且赤月號(hào)并沒有攜帶一種叫做光譜儀的關(guān)鍵設(shè)備，這種設(shè)備可以讓科學(xué)家分析光的圖譜，并確定像這樣奇怪的云是由什么構(gòu)成的。

“僅憑赤月號(hào)的數(shù)據(jù)就想弄清楚到底是怎么回事是很棘手的?！?麥古爾德里克說，這一特征“不斷重復(fù)出現(xiàn)，具有相當(dāng)相似的形態(tài)，而且我們可以發(fā)現(xiàn)它是如何圍繞行星移動(dòng)的，”“但我們真的很難確定它到底發(fā)生了什么變化?！?/p>

麥古爾德里克說，盡管天文學(xué)家從1986年開始在地球上分散的觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)了巨大的黑云，但這些觀測(cè)還不夠一致，不足以讓科學(xué)家拼湊出云的故事。 “他們有時(shí)會(huì)看到，其他時(shí)候則看不到，沒有真正的規(guī)律或原因，因?yàn)檫@些觀察非常零散?！?/p>

一名藝術(shù)家描繪的在金星上空的歐洲航天局的金星快車飛船。（圖片來源:歐洲航天局）

參考另一艘飛船

麥古爾德里克和他的同事決定在金星快車任務(wù)收集的數(shù)據(jù)中尋找關(guān)于這一奇怪特征的潛在觀測(cè)結(jié)果，該任務(wù)在2006年至2014年期間為歐洲航天局研究了這顆行星。

在這艘飛船上有一種儀器叫做可見光和紅外熱成像光譜儀。 與幫助科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)巨大黑云的赤月號(hào)設(shè)備一樣，該設(shè)備可以看到紅外光，但它也可以補(bǔ)全赤月號(hào)數(shù)據(jù)中缺失的化學(xué)分析數(shù)據(jù)。

在基于這項(xiàng)工作的一篇新論文中，麥古爾德里克和他的同事利用金星快車號(hào)的數(shù)據(jù)試圖了解急劇轉(zhuǎn)變的兩邊發(fā)生了什么。 到目前為止，科學(xué)家們只分析了其中的一小部分?jǐn)?shù)據(jù)，但麥古爾德里克說，他們已經(jīng)開始拼湊出一幅圖景，描繪出前面的云以及后面的云穿過云層時(shí)發(fā)生的變化。

麥古爾德里克說，例如，這一特征似乎會(huì)影響云層中硫酸和水蒸氣的比例，以及云層的高度和云層中顆粒的大小。

除了分析更多的可見光和紅外熱成像光譜儀數(shù)據(jù)，麥古爾德里克說，他和他的同事希望在不久的將來，另一種類型的測(cè)量將成為現(xiàn)實(shí)，一種科學(xué)家用來了解大氣中特定柱狀粒子的大小。 這種類型的測(cè)量依賴于科學(xué)家們正在努力修復(fù)的赤月號(hào)上一個(gè)持續(xù)存在的故障儀器，古爾德里克的研究進(jìn)行后，該儀器的最新進(jìn)展也發(fā)表了出來。

在金星和地球上

麥古爾德里克說，盡管是在距離金星較遠(yuǎn)的地方對(duì)黑云進(jìn)行紅外觀測(cè)，但能夠承受金星表面惡劣條件的人可能不會(huì)注意到云從頭頂經(jīng)過時(shí)的變化。麥古爾德里克將金星表面在人眼中的樣子與常見的野火煙霧場(chǎng)景進(jìn)行了比較。

“這是一個(gè)非常有限的景觀，它的亮度非常一致，這是因?yàn)楣庾V儀接收到的是對(duì)于各個(gè)方向的統(tǒng)一的散射光，”他說。 “如果你眼睛里有可見光感受器，站在金星的表面，你就會(huì)看到這種蒼白、相似的顏色，這可能是大多數(shù)時(shí)候的樣子?！?/p>

這個(gè)場(chǎng)景加上紅外視覺可能會(huì)更有趣。麥古爾德里克說，在這種情況下，金星的表面在金星的夜晚看起來就像一個(gè)迪斯科舞廳，有著深邃、黑暗的夜空和超明亮的地面，也許還有巨大、黑暗或其他顏色的云，將一些紅外光從上方反射回來。

麥古爾德里克說，無論巨大的黑云看起來像什么，從遠(yuǎn)處研究它也可以幫助科學(xué)家更好地理解地球大氣中的現(xiàn)象。 他說:“（金星）在很多方面確實(shí)是我們所知的除地球之外最像地球的行星?！?“與此同時(shí)，它在很多方面又與地球截然不同。”

大氣只是其中一個(gè)具有相似但又有同特征的方面。例如，麥古爾德里克說，雖然他和他的同事們還不確定是什么現(xiàn)象導(dǎo)致了巨大的黑云，但他們目前的預(yù)感是，它與一種被稱為開爾文波的大規(guī)模大氣特征有關(guān)。

他說，科學(xué)家們已經(jīng)知道這種波在金星大氣層的較高高度起作用。開爾文波也發(fā)生在地球的大氣層中——例如，El Ni?o和La Ni?a天氣模式背后的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)就涉及到這種結(jié)構(gòu)——但在地球上，局部天氣已是如此，以至于更大的現(xiàn)象很難被發(fā)現(xiàn)。

“這些確實(shí)發(fā)生在地球上; 它們有點(diǎn)難以識(shí)別，”麥古爾德里克說?！霸诮鹦巧?，它們要明顯得多?！?這一共性可能意味著，研究金星大氣層也將有助于科學(xué)家更好地了解地球大氣層。

對(duì)于像金星這樣研究不足的行星來說，即便是能夠識(shí)別出穩(wěn)定的大氣特征也是一種進(jìn)步。

麥古爾德里克說:“能夠識(shí)別這些重復(fù)的模式是最重要的?！薄叭绻徽J(rèn)識(shí)到這些，我們就無法真正理解這個(gè)星球上發(fā)生了什么。 既然我們看到了這些，我們就有東西可以研究，有東西可以分析?！?/p>

BY:Meghan Bartels

FY:鯊魚辣椒

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)布后聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請(qǐng)取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處