行星科学家已经为木星发布了龙卷风警报,他们发现,从木星电离层向下扭曲到其深层大气中的磁涡旋正在产生巨大的、吸收紫外线的反气旋,每个反气旋的大小都与地球相当。
这些反气旋风暴表现为黑暗的椭圆形,在木星平流层中可见密集的气溶胶雾。然而,它们只在紫外线(UV)下可见,20世纪90年代末,哈勃太空望远镜首次在木星的北极和南极发现了它们。2000年,美国国家航空航天局的卡西尼号宇宙飞船在飞往土星的途中飞过木星北极时,证实了这一点。但没有人知道这些黑色的椭圆形是从哪里来的。
现在,由加州大学伯克利分校本科生Troy Tsubota领导的行星科学家已经发现,黑暗的椭圆形是由木星极强磁场中磁场线之间发生摩擦时产生的旋转磁龙卷风形成的。
理解黑暗、吸收紫外线的反气旋的关键是在哈勃太空望远镜拍摄的木星年度图像中发现的,这是美国宇航局戈达德太空飞行中心艾米·西蒙领导的外行星大气遗产(OPAL)项目的一部分。OPAL涉及哈勃每年对木星、土星、天王星和海王星等巨行星进行一次成像,以跟踪它们外观的变化。
“我们意识到这些OPAL图像就像一座金矿,”Tsubota在一份声明中说。
在2015年至2022年间拍摄的哈勃木星图像中,Tsubota有四分之三的时间在木星的南极发现了一个黑暗的椭圆形,但在八张图像中只有一次在北极。
与地球上一样,木星的磁场在两极会聚,与地球上相同,这种磁场线的集中将带电粒子推向极地,在那里它们与大气分子碰撞产生极光。在木星上,极光只有在紫外线下才能被探测到,这与我们在地球天空中看到的彩色显示不同。因为木星两极出现的暗椭圆等瞬态现象强烈表明,它与地球的磁场有关,就像极光一样。
Tsubota和他的导师Michael Wong与Simon、纽卡斯尔诺森布里亚大学的行星科学家Tom Stallard和加州大学圣克鲁斯分校的Xi Zhang合作,解决了暗椭圆的原因。
围绕木星的是木卫一等离子体环,它被困在木星产生的巨大磁场中,这是一个由木星喷发卫星木卫一上的大量火山喷出的圆环状带电粒子环。Stallard认为,等离子体环中的磁场线与电离层中更靠近木星的磁场线之间的摩擦——电离层是一个充满含有更多带电粒子的辐射带的外部区域——可能会定期引发磁涡流的形成,这些涡流会深入木星的平流层。这些磁性龙卷风会激起低层大气中的气溶胶,形成一片密集的漩涡,吸收紫外线的薄雾,形成一个黑暗的椭圆形。然而,目前尚不清楚龙卷风是否会从地球深处清除雾霾,或者龙卷风是否会产生雾霾。
张说:“黑暗椭圆形中的雾霾比典型浓度厚50倍。”“这表明它可能是由于漩涡动力学而形成的,而不是由高层大气中的高能粒子引发的化学反应。”
张说,事实上,观测表明,暗椭圆出现的时间和位置与这些带电粒子的爆发无关。黑暗的椭圆形似乎需要大约一个月的时间才能形成,然后在几周内消散。
考虑到黑暗椭圆出现的规律性,木星似乎位于自己的磁性龙卷风巷的中间。
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