美國宇航局“朱諾號”任務(wù)首次提供了關(guān)于木星大氣中水含量的科學(xué)結(jié)果，其研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然天文學(xué)》期刊上，朱諾號研究結(jié)果估計(jì)：在木星赤道，含量水約占木星大氣中分子的0.25%，這幾乎是太陽的三倍。

這也是自1995年美國宇航局（NASA）伽利略號任務(wù)提出：木星與太陽相比可能非常干燥（比較不是基于液態(tài)水，而是基于太陽中存在的氧和氫）以來：

朱諾號是關(guān)于木星這個氣體巨星豐富水的第一次發(fā)現(xiàn)。幾十年來，對木星大氣中水總量的準(zhǔn)確估計(jì)，一直是行星科學(xué)家愿望清單上的一個問題：這個氣態(tài)巨星中的數(shù)字，代表了我們太陽系形成之謎中缺失的關(guān)鍵一塊。木星可能是第一顆形成的行星，它含有大部分沒有并入太陽的氣體和塵埃。關(guān)于其形成的主要理論，依賴于行星吸收的水量。水的豐富程度，對木星這顆氣態(tài)巨星的氣象學(xué)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)也有重要影響。

雖然旅行者號和其他航天器在木星上探測到閃電（一種通常由濕氣助長的現(xiàn)象）暗示著水的存在，但對木星大氣層深處水量的準(zhǔn)確估計(jì)仍然難以捉摸。1995年12月，在伽利略號探測器在木星下降過程中停止發(fā)射57分鐘之前，它向下發(fā)射了光譜儀測量這顆氣體巨星大氣中的水量，深度約為75英里(120公里)，那里的大氣壓達(dá)到了每平方英寸約320磅(22巴)。研究這些數(shù)據(jù)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)水量比預(yù)期少了十倍，這讓他們感到沮喪。

更令人驚訝的是：伽利略號探測器測量到的水量，在測量到的最深處似乎仍在增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論表明大氣應(yīng)該充分混合的地方。在混合良好的大氣中，整個區(qū)域水分含量是恒定的，更有可能代表木星全球平均水平；換句話說，它更有可能代表全球范圍的水。當(dāng)與地面望遠(yuǎn)鏡同時獲得的紅外圖相結(jié)合時，結(jié)果表明探測器可能只是運(yùn)氣不佳，對木星上一個異常干燥和溫暖的氣象點(diǎn)進(jìn)行了采樣。圣安東尼奧西南研究所的朱諾首席研究員斯科特·博爾頓(Scott Bolton)說：

就在我們認(rèn)為已經(jīng)搞清楚事情的時候，木星提醒我們還有很多東西要學(xué)。朱諾號令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，即使在云頂之下，大氣也沒有很好地混合，這是一個我們?nèi)栽谂忾_的謎團(tuán)，沒有人會猜到，水在整個星球上可能是如此多變。朱諾號是一艘旋轉(zhuǎn)的太陽能航天器，于2011年發(fā)射升空。由于伽利略號探測器的經(jīng)歷，該任務(wù)尋求獲得這顆大星球上大片區(qū)域的水豐度讀數(shù)。朱諾號的微波輻射計(jì)(MWR)是一種新型深空行星探測儀器，它使用六個天線同時測量多個深度的大氣溫度。

微波輻射計(jì)利用水吸收特定波長的微波輻射這一事實(shí)，這與微波爐快速加熱食物的技巧相同。測量的溫度被用來限制深層大氣中水和氨的數(shù)量，因?yàn)檫@兩個分子都吸收了微波輻射?！爸熘Z號”科學(xué)團(tuán)隊(duì)使用了“朱諾號”頭八次科學(xué)飛越木星時收集的數(shù)據(jù)產(chǎn)生了這些發(fā)現(xiàn)，最初集中在赤道地區(qū)，因?yàn)槟抢锏拇髿饪雌饋肀绕渌貐^(qū)混合得更好，甚至在深度上也是如此。從朱諾號軌道上，輻射計(jì)能夠從比伽利略號探測器更深的地方收集到木星大氣層數(shù)據(jù)。

深度達(dá)93英里(150公里)，那里的壓力達(dá)到了大約480磅/平方英寸(33巴)。加州大學(xué)伯克利分校的朱諾科學(xué)家程里說：我們發(fā)現(xiàn)木星赤道的水，比伽利略探測器測得的要大。由于木星的赤道地區(qū)非常獨(dú)特，需要將這些結(jié)果與其他地區(qū)的水量進(jìn)行比較。朱諾號53天軌道正如預(yù)期的那樣緩慢地向北移動，每一次飛越都會使更多的木星北半球變得更加清晰。

科學(xué)團(tuán)隊(duì)渴望了解大氣水分含量如何隨緯度和地區(qū)的變化而變化，以及富含氣旋的兩極，能告訴科學(xué)家關(guān)于這個氣體巨星全球水資源豐度的什么信息。朱諾號第24次科學(xué)飛越木星發(fā)生在2020年2月17日，下一次科學(xué)飛越發(fā)生在2020年4月10日。每一次科學(xué)飛躍都是一次發(fā)現(xiàn)的事件，飛躍木星，總會有新的東西被發(fā)現(xiàn)。同時朱諾號給我們上了重要的一課：我們需要與一顆行星近距離、私密地接觸，以檢驗(yàn)科學(xué)研究理論。

博科園｜研究/來自：NASA/JPL噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室

參考期刊《自然天文學(xué)》

DOI: 10.1038/s41550-020-1009-3

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