部分基於來自幾代NASA任務的數據，包括NASA的旅行者號和卡西尼號，一項長達40年的研究可以幫助科學家確定如何預測木星的天氣。研究人員剛剛完成了有史以來最長的跟踪木星對流層上部溫度的研究。這是這顆巨大行星的天氣發生的大氣層，也是其標誌性的彩色條紋雲的形成地。

這項研究通過融合來自美國宇航局航天器和地面望遠鏡觀測的數據進行了40多年。它發現了木星帶和區的溫度如何隨時間變化的意外模式。據科學家稱，這項研究代表了朝著更好地理解我們太陽系最大的行星的天氣驅動因素並最終能夠預測它的方向邁出了一大步。

木星的對流層與地球有很多共同之處：它是雲層形成和風暴洶湧的地方。為了了解這種天氣活動，科學家需要研究某些屬性，包括風、壓力、濕度和溫度。自從1970年代美國宇航局的先鋒10號和11號任務以來，他們已經知道，一般來說，較冷的溫度與木星較淺和較白的帶子（稱為區）有關，而較暗的棕紅色帶子（稱為帶）是溫度較高的地方。

這些添加了顏色的木星紅外圖像是由歐洲南方天文台的甚大望遠鏡在2016年獲得的，並為這項新研究做出了貢獻。顏色代表溫度和雲度。較藍的區域是寒冷和多雲的，而橙色的區域是溫暖和無雲的。信用：ESO / LN Fletcher

然而，沒有足夠的數據集來了解溫度如何長期變化。12月19日發表在《自然-天文學》雜誌上的這項新研究，通過研究從大氣層較溫暖區域升起的明亮紅外光輝（人眼不可見）的圖像，直接測量木星在五彩雲層上方的溫度，取得了突破。科學家們在木星圍繞太陽的三個軌道上以固定的時間間隔收集這些圖像，每個軌道持續12個地球年。

在這個過程中，他們發現木星的溫度按照明確的周期上升和下降，這與季節或科學家所知的任何其他週期無關。因為木星的季節性很弱–該行星在其軸上的傾斜度只有3度，而地球的傾斜度為23.5度–科學家們沒有想到會在木星上發現溫度有如此規律的周期變化。

木星是來自太陽的第五顆行星，是太陽系中最大的行星。它是一個氣體巨行星，質量約為太陽系中所有其他行星總和的2.5倍。木星有一個厚厚的大氣層，主要由氫和氦組成，它有一些獨特的特徵，包括被稱為”帶”的暗帶和被稱為”區”的亮帶。木星最有名的特徵是大紅斑，這是一個巨大的風暴，已經肆虐了幾百年。木星有80顆已知的衛星，其中最大的四顆被稱為伽利略衛星，以紀念其發現者伽利略。這些衛星是木衛二、歐羅巴、木衛二和卡利斯托。木星也有一些星環，儘管它們比土星的星環要少得多。

該研究還揭示了相隔數千英里的地區的溫度變化之間的神秘聯繫。當北半球特定緯度的溫度上升時，南半球相同緯度的溫度就會下降–就像赤道上的鏡像。

美國宇航局噴氣推進實驗室的高級研究科學家、該研究的主要作者格倫-奧頓說：”這是最令人驚訝的地方。我們發現在非常遙遠的緯度上溫度的變化之間有一種聯繫。這類似於我們在地球上看到的一種現象，一個地區的天氣和氣候模式可以對其他地區的天氣產生明顯的影響，變化模式似乎通過大氣層在很遠的距離上’遠程連接’。”

下一個挑戰是找出導致這些週期性和看似同步的變化的原因。

“我們現在已經解決了難題的一部分，那就是大氣層顯示了這些自然週期，”共同作者英國萊斯特大學的Leigh Fletcher說。”為了了解是什麼在驅動這些模式，以及為什麼它們在這些特定的時間尺度上發生，我們需要在雲層的上方和下方進行探索。”

一個可能的解釋在赤道上變得很明顯。研究作者發現，平流層中更高的溫度變化似乎以一種與對流層中的溫度行為相反的模式上升和下降，這表明平流層的變化影響對流層的變化，反之亦然。

數十年的觀察

Orton和他的同事們在1978年開始了這項研究。在研究期間，他們每年都會寫幾次提案，以贏得在全世界三個大型望遠鏡上的觀測時間：智利的甚大望遠鏡以及美國宇航局的紅外望遠鏡設施和夏威夷茂納克亞天文台的斯巴魯望遠鏡。

在研究的前20年裡，奧頓和他的隊友們輪流前往這些天文台，收集關於溫度的信息，最終使他們能夠將這些點聯繫起來。(到21世紀初，一些望遠鏡的工作可以遠程完成）。

然後是困難的部分–結合來自幾個望遠鏡和科學儀器的多年的觀察結果來尋找模式。與這些資深科學家一起進行長期研究的還有幾個本科生實習生，他們在研究開始時都還沒有出生。他們是加州帕薩迪納的加州理工學院、加州波莫納的加州理工學院、俄亥俄州哥倫布的俄亥俄州立大學以及馬薩諸塞州韋爾斯利的韋爾斯利學院的學生。

科學家們希望這項研究將幫助他們最終能夠預測木星上的天氣，現在他們對木星有了更詳細的了解。這項研究可能有助於氣候建模，通過計算機模擬溫度週期以及它們如何影響天氣–不僅僅是木星，還有我們太陽系內外的所有巨行星。

Fletcher說：”如果我們能夠將木星大氣中的因果關係聯繫起來，那麼測量這些溫度變化和周期是朝著最終擁有一個完整的木星天氣預報邁出的一步。而更大的願景是，如果我們有一天能將其擴展到其他巨行星，看看是否有類似的模式出現。”