科学家揭示木星大红斑为何这么红凤凰彩票登陆

2019-08-29 作者:科学技术   |   浏览(145)

Loeffler介绍说,当粒斑被与来自大红斑的光谱做对比时,一些可见光波长同其低辐射试验相匹配。他据此怀疑,样品中的绿色可能来自实验室产生的硫原子团。

研究团队认为,正是大红斑的高度使它能够变成红色。大红斑中的风把氨冰颗粒带到大气中比以往更高的高度,暴露在那里更加强烈得多的阳光紫外线中。此外,大红斑的气旋本质也圈禁了这些颗粒,使得它们无法逃散开来。这些因素使得大红斑的云层顶部变得越来越红。

木星大气中持续旋转的特征性标志被贴切地称作大红斑。它大到足以将地球吞没。最新研究表明,大红斑可能从硫化物中获得了一些与其同名的颜色,而这些硫化物是在宇宙射线和紫外线辐射这颗行星云层中的常见物质时产生的。

来自加州喷气推进实验室的Robert Carlson表示,一种更好的混合原料是氨和碳氢乙炔。去年,Carlson报告称,用紫外线辐射这种混合物会产生同红斑光谱更加匹配的红色物质。当同白色云层混合在一起时,它和木星表面看见的红色阴影相匹配。

大红斑是木星大气中一个已经持续了很久的风暴,宽度相当于2个地球直径。木星拥有3个主要云层,分别占据着木星大气中特定的高度,从高到低依次是氨云、氢硫化铵云和水蒸气云。

研究人员表示,照射该物质的紫外线可能产生了相同的分解产物。他们对在实验室中轰击获得的物质进行了详细分析,发现这种混合物能强烈地吸收蓝色、紫色以及近紫外线波长的光线(300~500纳米)。留下的则是相对较高比例的来自被反射光线中可见光谱中心和红端处的波长。科学家在即将出版的《国际太阳系研究杂志》上报告了这一发现。

和乙炔相比,硫是木星大气中更加常见的成分。不过,Carlson认为,碳氢化合物集中在正确的区域,从而令这颗行星标志性的地方变红。当太阳光线将上层大气中的甲烷分子分裂时,乙炔便会形成。随后,乙炔向下流进氨云。在那里,太阳紫外线会触发进一步反应,从而产生红色的化合物。

木星大红斑的红色,很可能来自木星高层大气中被阳光分解的简单化合物,这是对美国航空航天局(NASA)卡西尼任务发回的数据进行最新分析后得出的结论。这一结果与有关大红斑颜色起源的其他主流理论相反——后者认为,红色化合物来自于木星的云层之下。

由于实验室中测量的吸收光谱无法同哈勃太空望远镜和其他仪器观测到的结果进行精确匹配,因此诸如甲烷等其他大气成分吸收光线的特征或许帮助形成了大红斑被感知到的颜色。研究人员表示,还将包括其他常见木星气体的未来测试可能有助于更好地重现天文学家实际观测到的波长分布。

Loeffler发现,用高能质子辐射硫化铵会产生带颜色的粒斑。当样品被放在-113℃(比木星最顶端云层稍凉)时,它们看上去是绿色的;当被冷却到-223℃时,它们是红色的。

贝恩斯及其同事本来想要确定,大红斑的颜色会不会是更复杂的分子在阳光下分解的结果。这种分子是氢硫化铵(ammonium hydrosulfide),构成了木星的一个主要云层。他们很快发现,在实验室里分解这种分子得到的物质并非红色,而是浅绿色的。这一结果令这些科学家吃惊,也促使他们开始尝试氨气和木星高层云层中常见碳氢化合物的简单组合。结果,氨气和乙炔在紫外线下分解的产物,与卡西尼的观测数据符合得最好。

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木星大红斑独特颜色的“配方”一直是个谜。但如今,研究人员对于它如何变得这么红有了一定了解:从富含氨的云盖开始,加上持续千百万年的强烈太阳辐射。相关成果日前发表于《伊卡洛斯》杂志。

本周,在美国亚历桑那图森市召开的美国天文学会行星科学分部会议上,NASA喷气推进实验室(JPL)卡西尼团队的科学家凯文·贝恩斯(Kevin Baines)介绍了他们的这一成果。贝恩斯及其同事,同在JPL工作的鲍勃·卡尔森(Bob Carlson)和汤姆·莫马里(Tom Momary),利用卡西尼探测器2000年12月飞掠木星时发回的数据,再结合他们在实验室里进行的实验,得出了这样的结论。

图片来源:NASA/JPL

氨形成了木星大气的顶层。下面则是由在地球温度下会分解但在木星上保持稳定的化合物——硫化铵构成的云层。最低的云层是水。所有3种气体形成了白色云层。那么,到底是什么赋予它们红色?

至于这种明显的红色为什么只出现在大红斑和木星上其他一些较小的斑块上,这些科学家认为,高度在其中扮演着重要角色。“大红斑非常高,”贝恩斯说,“它的高度要比木星上其他地方的云层都高得多。”

新的实验室测试发现,当硫化铵被高能宇宙射线——在此项研究中为加速到每秒约1.4万公里的质子——轰击时,它会分解成若干种化学“榴霰弹片”,包括带有负电荷的S3和S6离子。

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“我们的模型指出,在红色物质构成的最上层云层之下,大红斑的绝大部分实际上是无色的。”贝恩斯说,“在红色的‘晒伤’之下,云层大概是白色或者灰色的。”红色物质仅限于云层顶部,这与其他理论相矛盾。其他主流理论断定,大红斑的红色源自于翻涌上来的可见云层内部物质。如果红色物质是从下面翻上来的,那么在其他高度也应该存在这些物质,会让大红斑变得更红才对。

这种极少得到研究的化合物——硫化铵通常是一种晶莹剔透、没有颜色的固体。在木星大气层高处的常见条件下,它或者形成冰粒的核心,或者形成其他颗粒物上的结霜“涂层”。

来自美国北亚利桑那大学的Mark Loeffler怀疑,来自太空的高能辐射使云层中的分子分裂,碎片则结合在一起形成人眼看上去是红色的复杂化合物。

木星几乎完全由氢和氦构成,只含有少量其他元素。科学家有兴趣弄清楚导致木星云层发红的元素组合,因为这能够给这颗气态巨行星的化学构成提供有用的线索。

科学家揭示木星大红斑为何这么红

凤凰彩票登陆 3根据卡西尼探测器的观测数据,天文学家认为木星大红斑的颜色是简单化合物在阳光照片下分解的结果,而非这个大气旋从木星内部翻上来的物质。图片来源:NASA/JPL-Caltech/ Space Science Institute

在实验室里,这些科学家用紫外线照射氨气和乙炔这两种已知存在于木星上的化合物,以模拟阳光对大红斑极高空云层里这两种物质的影响。结果,实验中产生了某种红色物质。接着,这些科学家又对比了卡西尼探测器上的光学及红外绘图光谱仪(VIMS)对大红斑的观测数据。他们发现,他们在实验室里得到的那种红色化合物的光散射特性,与他们根据观测数据建立的一个大红斑模型完好吻合——在这个模型里,这种红色物质仅存在于大红斑这一巨型气旋结构的最顶层。

木星的其他区域颜色不一,有橙色、棕色,甚至还有些偏红的颜色。贝恩斯说,这些地方的高空云层要薄得多,因此我们能够看到存在于大气更深处、颜色也更丰富的其他物质。(编辑:Steed)

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