木星擁有太陽系中一些最明顯的大氣特徵。木星上的大紅斑大得足以把地球包圍起來，它的知名度幾乎不亞於我們稱之為家的地球上的一些河流和山脈。然而，和地球一樣，木星也是千變萬化的，關於這顆行星，我們還有很多東西要了解。美國國家航空暨太空總署的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡正在揭開其中的一些謎團，揭示我們從未見過的木星新特徵，包括在木星赤道上空飛馳的高速噴流。

木星赤道附近的狹窄噴流，風速為每小時320 英里。這張木星影像來自美國太空總署詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的近紅外線相機（NIRCam），以紅外光顯示了這顆宏偉行星的驚人細節。在這張圖片中，亮度表示高度。無數明亮的白色”斑點”和”條紋”很可能是高空對流風暴凝結的雲頂。極光在本圖中顯示為紅色，並延伸至地球南南北兩極的高空。相較之下，赤道以北的深色帶狀區域幾乎沒有雲層覆蓋。資料來源：NASA、ESA、CSA、STScI、Ricardo Hueso（UPV）、Imke de Pater（加州大學柏克萊分校）、Thierry Fouchet（巴黎天文台）、Leigh Fletcher（萊斯特大學）、Michael H. Wong（加州大學柏克萊分校）、Joseph DePasquale（STScI）

雖然噴射流不像木星的其他一些特徵那樣直觀或令人驚嘆，但它讓研究人員對木星大氣層各層之間如何相互作用有了令人難以置信的了解，以及韋伯望遠鏡在未來將如何幫助這些研究。

研究人員利用美國太空總署詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的近紅外線相機（NIRCam）發現了木星赤道上空的高速噴流，位於主要雲層之上。在木星雲層上方約12-21 英里（20-35 公里）的2.12 微米波長處，研究人員發現了幾處風切變，即風速隨高度或距離變化的區域，這使他們能夠追蹤噴流。這張圖片突顯了木星赤道周圍的幾個特徵，在木星自轉一圈（10 小時）之間，這些特徵非常明顯地受到噴流運動的干擾。資料來源：NASA、ESA、CSA、STScI、Ricardo Hueso（UPV）、Imke de Pater（加州大學柏克萊分校）、Thierry Fouchet（巴黎天文台）、Leigh Fletcher（萊斯特大學）、Michael H. Wong（加州大學柏克萊分校）、Joseph DePasquale（STScI）

韋伯太空望遠鏡發現木星大氣層的新特徵

美國太空總署的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡在木星大氣層中發現了一個前所未見的新特徵。這股高速噴流寬達3,000 多英里（4,800 公里），位於木星赤道上空的主雲層之上。這項噴流的發現讓人們了解到木星著名的動盪大氣層各層之間是如何相互作用的，以及韋伯望遠鏡是如何獨一無二地追蹤這些特徵的。

西班牙畢爾巴鄂巴斯克大學的里卡多-胡索（Ricardo Hueso）是描述這項發現的論文的第一作者。”我們一直認為木星大氣層中的霧氣是模糊的，現在看來是清晰的特徵，我們可以隨著木星的快速旋轉進行追蹤。”

韋伯獨特的成像能力

研究小組分析了韋伯的近紅外線相機（NIRCam）在2022年7月拍攝的數據。由加州大學柏克萊分校的Imke de Pater和巴黎天文台的Thierry Fouchet共同領導的”早期發布科學計劃”旨在用四種不同的濾光片拍攝木星的圖像，每種濾光片都能探測到木星大氣層不同高度的微小特徵變化，拍攝時間間隔為10小時，即一個木星日。

木星的大氣層是分層的，這幅插圖展示了韋伯望遠鏡是如何獨一無二地從比以前更高的大氣層收集資訊的。科學家能夠利用韋伯望遠鏡確定木星大氣層不同層的風速，從而分離出高速噴流。木星的觀測是在三個不同的濾光片下進行的，相隔10 個小時，也就是一個木星日，每個濾光片都能偵測到木星大氣層不同高度的細小特徵變化。資料來源：NASA、ESA、CSA、STScI、Ricardo Hueso（UPV）、Imke de Pater（加州大學柏克萊分校）、Thierry Fouchet（巴黎天文台）、Leigh Fletcher（萊斯特大學）、Michael H. Wong（加州大學柏克萊分校）、Andi James（STScI）

德-帕特指出：”儘管各種地面望遠鏡、美國宇航局的朱諾號和卡西尼號等航天器以及美國宇航局的哈伯太空望遠鏡已經觀測到了木星系統不斷變化的天氣模式，但韋伯望遠鏡已經提供了有關木星環、衛星及其大氣層的新發現。”

對比鮮明的大氣層

雖然木星在許多方面都與地球不同–木星是一顆氣態巨行星，而地球則是一個溫帶岩石世界–但兩顆行星的大氣層都是分層的。這些其他任務觀測到的紅外線、可見光、無線電和紫外線波長探測到了木星大氣層的較低層和較深層–巨大的風暴和氨冰雲就在那裡。

另一方面，韋伯望遠鏡的近紅外線波段比以前更遠，它對大氣的高空層很敏感，大約在木星雲頂上方15-30 英里（25-50 公里）處。在近紅外線成像中，高空雲霧通常顯得模糊不清，赤道區域的亮度增強。透過韋伯望遠鏡，在明亮的朦朧波段內可以分辨出更精細的細節。

這幅關於木星大氣層中閃電、對流塔（雷頭）、深水雲和空地的插圖是根據朱諾號太空船、哈伯太空望遠鏡和雙子座天文台收集的數據繪製的。朱諾探測閃電放電產生的無線電訊號。由於無線電波可以穿過木星的所有雲層，朱諾號能夠探測到雲層深處的閃電以及木星日面的閃電。哈伯能探測到木星大氣層中雲層反射的陽光。不同波長的陽光可以穿透雲層的不同深度，使研究人員能夠確定雲頂的相對高度。雙子座號繪製了冷雲的厚度圖，這些冷雲阻擋了來自雲層下方較暖大氣層的熱紅外光。厚厚的雲層在紅外線地圖上看起來很暗，而晴朗的雲層看起來很亮。綜合觀測結果可繪製三維雲層結構圖，並推論大氣環流的細節。在潮濕空氣上升（上升流和活躍對流）的地方會形成厚厚的高聳雲層。較乾燥的空氣下沉（下沉）時，就會形成晴空。圖中的雲層比地球相對較淺大氣層中的類似對流塔高出五倍。圖示區域的水平跨度是美國大陸的三分之一。資料來源：NASA、ESA、MH Wong（加州大學柏克萊分校）、A. James 和MW Carruthers（STScI）

新發現的噴流時速約為320 英里（515 公里），是地球上5 級颶風持續風速的兩倍。它位於木星下平流層雲層上方約25 英里（40 公里）處（見上圖）。

透過比較韋伯觀測到的高空風和哈伯觀測到的深層風，研究小組可以測量出風隨高度變化的速度和產生風切的速度。

雖然韋伯望遠鏡精湛的分辨率和波長覆蓋範圍使其能夠探測到用於追蹤噴流的小型雲層特徵，但在韋伯望遠鏡觀測一天后，哈伯望遠鏡進行的補充觀測對於確定木星赤道大氣層的基本狀態以及觀測木星赤道上與噴流無關的對流風暴的發展也至關重要。

加州大學柏克萊分校的邁克爾-王（Michael Wong）補充說：”我們知道韋伯和哈伯的不同波長將揭示風暴雲的三維結構，但我們也能夠利用數據的時間性來觀察風暴發展的速度，”他領導了相關的哈伯觀測。

未來的觀測與影響

研究人員期待用韋伯望遠鏡對木星進行更多的觀測，以確定噴流的速度和高度是否會隨著時間的推移而改變。

研究小組成員、英國萊斯特大學的利-弗萊徹（Leigh Fletcher）解釋說：”木星赤道平流層的風和溫度模式複雜，但可重複。如果這種新噴流的強度與平流層的振盪模式有關，我們可能會預期噴流在未來2 到4 年內會有很大變化–在未來幾年檢驗這一理論將非常令人興奮。”

弗萊徹繼續說：”讓我感到驚奇的是，在眾多天文台對木星的雲層和風進行了多年跟踪之後，我們仍然有更多關於木星的知識需要了解，而像這種噴流這樣的特徵在2022 年拍攝這些新的NIRCam 影像之前一直都是隱藏的。”

研究人員的研究成果最近發表在《自然-天文學》。