氨“糊状球”可能在木星上引发奇怪的闪电

木星天气预报多云，可能会出现“蘑菇球”。这颗被漩涡笼罩的行星上，数百年来，猛烈的风暴肆虐其表面，风速比地球上的五级飓风还要强。现在，我们可以在这颗行星的一系列怪异气象事件中再添一项——在猛烈的雷暴期间形成的含氨冰雹，被称为“蘑菇球”。

自从旅行者 1 号于 1979 年首次拍摄木星照片以来，我们就看到了木星云层深处的巨大能量震动。但据美国宇航局喷气推进实验室的物理学家海蒂·贝克尔 (Heidi Becker) 称，在这颗气态巨星大气层的上层发现闪电一直很困难——我们不清楚是目前的技术无法看到闪电，还是闪电根本没有击中那里。

现在，美国宇航局的朱诺轨道器的观测结果以及上周在《自然》和 JGR 行星杂志上发表的三篇论文概述表明，木星的云层顶部也经常出现闪电——这与我们在地球上看到的完全不同。

自美国宇航局的朱诺号航天器进入木星轨道以来的四年里，它一直在慢慢地诱导这颗行星之王透露其最深的秘密。贝克尔是一项研究的主要作者，她和她的团队在 2018 年将朱诺号的导航摄像机（通常用于观察星星等昏暗光源以确定航天器的位置）转向了木星的黑暗面。研究人员看到了前所未有的云层中电光闪烁。

“朱诺号再次推翻了木星气象学的主流观点，”莱斯特大学行星科学家利·弗莱彻 (Leigh Fletcher) 表示，他没有参与这项研究。“利用朱诺号的恒星参考单元探测这些小闪电表明，精密仪器和航天器的结合可以带来意外的发现。”

人们认为，与地球一样，木星的闪电只发生在雷暴中，因为雷暴中水以各种形态存在——冰、液体和气体。然而，研究人员在木星云层顶部的上层发现了闪电，那里的温度太低，液态水无法存在。

这是因为该行星有解决方法。研究人员发现，这种奇怪的闪电不是由纯液态水引起的，而是由液氨引起的，液氨充当“防冻剂”，使高层大气云层中的水不会完全冻结。一种由两份水和一份氨气组成的奇怪液体混合物（贝克尔说它有点像 Windex）与纯水冰颗粒碰撞并产生电荷。

贝克尔说：“这是在木星上创造闪电的一种新方法，在朱诺号拍摄这些照片之前没有人意识到这是可能的。”

研究人员推测，这些氨水滴实际上可能成为所谓的“蘑菇球”的种子。水冰晶会附着在这些种子上，变成氨水液体和纯水冰的软雪球状混合物，然后强大的雷暴上升气流将它们吹向高空。当这些物体被上升气流和下降气流抛来抛去时，它们会聚集成均匀的冰块，并像从山上滚下来的雪球一样不断长大。最终，这些“蘑菇球”会变得非常大，甚至上升气流也无法再将它们托住。然后，这些软雪球会落入木星内部深处，形成蘑菇球冰雹。

除了解释高空闪电之外，蘑菇球理论还填补了我们对木星知识的其他空白。木星赤道附近富含氨，但贝克尔表示，有些小区域奇怪地缺少氨。结合他们对浅层闪电和蘑菇球的新发现，NASA 团队得以解开这个谜团。贝克尔和她的团队现在认为，这些“蘑菇球”可能充当氨的隐形装置。

“根据这一理论，解决方案非常简单而优雅：当水和氨 [一起] 处于液态时，它们是不可见的，直到它们到达蒸发的深度 - 而且这个深度相当深，”朱诺号首席研究员兼新研究的共同作者斯科特博尔顿在新闻稿中表示。

到目前为止，“蘑菇球”模型仍处于理论阶段。贝克尔和她的同事希望对朱诺号大气进行更详细的观测，以缩小模型预测与观测数据之间的差距。正如贝克尔指出的那样，了解木星大气是了解其他行星的天气如何在太阳系内外变化的一扇窗户。

“木星是我们除了地球之外的另一个实验室，它让我们能够了解不同星球的事物是如何运作的，”贝克尔说。“40 多年来，天文学家一直认为木星的雷暴与地球上的雷暴一样，但现在我们看到了完全不同的东西。总有一些东西需要学习。”