朱诺号终于接近木星大红斑，可以测量其深度

两项新研究利用朱诺号太空飞船的数据首次直接测量了木星大红斑的深度，大红斑是一场在木星表面肆虐了至少数百年的风暴。

几个世纪以来，天文学家一直在观察木星的气体漩涡，但 2011 年发射升空并绕木星运行的朱诺号首次让他们看到了木星大风暴表面之下的情况。这样一来，研究人员就可以借此了解太阳系这个庞然大物的内部运作。一项研究使用了朱诺号微波辐射计最近飞越木星风暴时获得的重力读数，另一项研究使用了微波数据。两项研究均于本周发表在《科学》杂志上。

“我们飞越了大红斑，并成功测量了它的深度，”以色列魏茨曼科学研究所大气动力学家、两项研究的作者 Yohai Kaspi 说道。他研究地球和其他行星的大气层。

他说，朱诺号任务最初并没有计划低空飞越大红斑。大红斑的支持者不得不说服朱诺号任务团队专门飞越该漩涡以获取重力数据。事实上，他们进行了两次飞越：一次是在 2019 年 2 月，另一次是在五个月后的 7 月。

卡斯皮说，与周围大气相比，大红斑的密度增加，造成了“一点质量异常”。风暴的行为几乎就像一颗小行星，利用其引力比周围空间更猛烈地拉动航天器。而且“如果你足够准确”，就可以测量异常的拉力，以确定风暴有多大。

卡斯皮说，航天器有一个指向地球的天线，当它加速时，它向地球发送的信号频率会发生微小的多普勒频移。就像听救护车的进出一样，研究小组可以利用这种音调变化来判断航天器的运动方式并确定其加速度。

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“基本上，大红斑越大、质量越大，我们的航天器感受到的推力就越大，”卡斯皮说。

微波数据研究能够更好地了解大红斑的结构。朱诺号的微波仪器有六个不同的频道，可以探测木星表面以下数百公里的地方。SETI 研究所和加州大学伯克利分校的行星科学家 Michael H. Wong 也是这两项研究的作者，他说，每个频率都能穿透不同的深度并描绘出该层的图像。

微波仪器能够探测到不同层的成分和温度，但即使使用最深的测量能力，研究小组仍然看到了涡旋的迹象——构成风暴的锥形空气漩涡——因此不清楚它的尽头。

幸运的是，虽然重力数据缺乏大红斑结构的任何细节，但能够测量风暴的密度，重力团队使用模型来确定对于给定的重力信号，风暴应该延伸多深。

“重力信号可以告诉你一些有关密度的信息。微波辐射计可以告诉你一些有关成分和温度的信息，”黄说。

研究小组认为，这场风暴的深度可达 300 公里，上下浮动 100 公里，绝对最大深度为 500 公里。相比之下，地球上的天气发生在对流层，对流层厚度只有 10 公里左右。黄说，这些新数据与之前研究的预测相差不大，但这是第一次具体的测量。

卡斯皮表示，这次测量非常令人兴奋，因为我们正在从探测大红斑的时代进入到“了解它为什么存在”的时代，回答诸如它为什么如此强烈、为什么会持续这么久等基本问题。