朱诺号的发现：木星水之谜

原创：牧夫天文

作者（编辑）：Tony Greicius

翻译：张砚斌

校对：王茸 尼安吉 王婧彧

后台：库特莉亚芙卡 李子琦

朱诺号飞行器上的JunoCam相机在2017年9月1号捕捉到的木星南部赤道区域的图像。

Credits: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill

这张图像所展示的浓厚的白色云层出现在木星赤道区域。在微波频率下，这些云是透明的，所以朱诺号微波辐射计就可以测量木星深层大气中的水。这张图片是2017年12月16号朱诺号近距离飞越木星时拍摄的。

Credits: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill

朱诺号提供了木星大气中水含量的第一手科学结果。根据最近发布于自然天文学期刊上的朱诺号探测结果估计，木星赤道区域水分子大概占了木星大气中分子的0.25%——相当于太阳中的三倍。这也是自从1995年伽利略任务暗示木星可能和太阳一样极度干燥（比较的并不是根据液态水而是水的组成成分—氧元素和氢元素）之后，第一次发现气态巨行星的水含量（丰度）。

对木星大气中的水分总含量的准确估计已经在行星科学家的愿望清单上存在了数十载：因为这颗气态巨行星的数据对解开太阳系形成之谜具有关键意义。木星很可能是太阳系中第一颗形成的行星，它包含了绝大多数太阳组成之外的气体和尘埃。

关于它的形成的主要理论依托于这颗星球吸收的水分。水含量（丰度）对于气态巨行星的气象（比如木星上风的流动）和它的内部结构也有重要的意义。虽然旅行者号和其他航天器探测到了通常由水汽引起的闪电，揭示了水的存在。但是关于木星大气中的水含量依然是个谜。

1995年12月，就在伽利略探测器停止传送，坠入木星之前57分钟，它通过无线电传送出木星大气层以下120公里的水含量的光谱测量数据。此处的大气压力可以达到每平方英寸320磅（22巴，即22000hPa）。从事于研究数据的科学家们感到沮丧，因为这个水含量比预期的要少10倍。

更令人意外的是：伽利略探测器所测量的水含量在最深处可能继续增加，而这一深度远远低于在理论上均匀大气的深度之下。在均匀大气中，水的含量是恒定的并且更能体现全球平均水平；换句话说就是，这样更加具有代表性。当和同时期通过地基望远镜获得的红外地图一起观察时，这个结果暗示探测器任务也许只是不那么幸运，选中了木星上一块很干很暖的气象点作为抽样。

“正当我们认为我们已经把事情搞清楚的时候，木星却在提醒着我们还有很多东西要去了解”，圣安东尼奥市西南研究所的朱诺号首席研究员Scott
Bolton
说道。“朱诺号的惊喜发现说明在云顶下面大气层依然没有均匀混合依旧是一个我们需要去探索的谜题。没有人能够猜测到整个星球的水分是如此多变。”

从上部测量水分

朱诺号这台可旋转的太阳能飞行器于2011年发射。根据之前伽利略号的经验，这次任务于是就成为巨型行星大范围区域的水含量（丰度）测量。朱诺号的微波辐射探测器（MWR）是一台新型行星探测设备。它可以通过六条天线从上部观测木星，同时测量多个深度的大气温度。微波辐射探测器充分利用了水吸收固定微波辐射波长的原理，这和快速加热食物的微波炉是同一个道理。测量的温度被用于确定深层大气中水和氨的含量范围，因为这两种分子都会吸收微波辐射。

朱诺号科学团队通过朱诺号前八次飞掠木星收集的数据得到了这个发现。他们最初只关注赤道地区是因为这个区域的大气相对比较均匀，即使是在深处也是如此。与伽利略探测器（93英里（150公里），压力达到约480
psi（33巴，33000hPa））相比，朱诺号的辐射计从其轨道高处能够收集到木星大气层更大深度的数据。

“我们发现在赤道的水分含量比伽利略探测器测量的要大，”一位加州大学伯克利分校的朱诺号科学家Cheng Li说道。“因为赤道地区是很特别的，我们需要和其他区域的水分测量结果进行比较。”

边界北移

朱诺号的53天飞行轨道正在按照计划慢慢地向北方移动，每一次近距离飞行都会为大家比较关心的问题带来更多关于木星北半球的数据。科学团队期盼着看到大气水分含量在不同的纬度和区域会有多大变化。气旋频发的极地也可以告诉他们关于气态巨行星的全球水含量分布（丰度）。

朱诺号的第24次近距离飞行在2020年2月17号，下一次近距离飞行在2020年4月10号。

“朱诺号的每一次近距离飞行都是一次发现之旅，”Bolton提到。“因为是木星，所以一直都会有新的发现。朱诺号教给了我们重要一课：纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。”

原文链接：

https://www.nasa.gov/feature/jpl/findings-from-nasas-juno-update-jupiter-water-mystery

『天文时刻』 牧夫出品

微信公众号：astronomycn

披萨卫星 木卫一