木星上的「速度與激情」：神秘噴流時速高達500km/h
詹姆斯-韋伯太空望遠鏡在木星大氣層中發現了以前從未見過的噴流。在土星上也觀測到了類似的現象，兩者可能都與各自大氣層中的溫度變化有關。高速噴流是許多行星大氣層的共同特徵。在地球上，噴射流形成於不同的緯度，並在地球周圍蜿蜒，改變緯度，在距離地表10 多公里的高度時，速度接近每小時400 公里。 在巨行星木星和土星上，噴流是大氣層的主要特徵之一；它們與平行線完全一致，稱為帶狀噴流。在木星上，這些噴流在不同緯度的方向上交替變化，最大速度接近500 公里/小時。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）由JWST 獲得的木星影像（左）假彩色成分。(中）以對上部雲層敏感的波長所獲得的影像。(右）以對下部雲層敏感的波長所獲得的影像。資料來源：NASA/ESA/CSA 和木星早期發布科學小組。處理： 里卡多-胡索（UPV/EHU）2022 年7 月27 日，詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）觀測了木星大氣層，這是巴斯克大學行星科學組（UPV/EHU）研究人員參與的國際”早期科學”計劃的一部分。畢爾巴鄂工程學院講師里卡多-胡索（Ricardo Hueso）設計並領導了對JWST所獲得的木星影像序列的分析。現在發表在《自然-天文學》（Nature Astronomy）雜誌[1]上的數據分析顯示，在木星大氣層中發現了一股噴流，而這股噴流幾十年來一直未被注意到。畢爾巴鄂工程學院講師奧古斯丁-桑切斯-拉韋加（Agustín Sánchez-Lavega）和阿拉德-安圖納諾-馬丁（Arrate Antuñano-Martín）也參與了這項發現。透過可見光波長（白色輪廓）和研究中使用的不同濾光片（圖中標註的彩色線條）觀測到的木星上的帶狀風的結構。背景圖片是對上層雲敏感的JWST 影像的組合。左側面板： 帶狀風的整體結構。右側板塊： 赤道區域，雲層上部觀測到新的噴流。資料來源：NASA/ESA/CSA 和木星早期發布科學團隊 由於木星對JWST 來說是一個非常明亮的目標（其集光面積是哈伯太空望遠鏡的6.3 倍），因此影像是在大部分光線都被大氣中的氣體吸收的波長下獲取的。因此，觀測的重點是木星最暗的波長。這也意味著，在許多這些波長上，木星從未被觀測到所需的質量，無法解析其大氣層中天氣系統的細節。由於JWST 的功能，我們可以獲得木星天氣系統的三維視圖：在這些影像中，較高的雲層顯得明亮，而較深的雲層則顯示為黑暗區域。JWST 的觀測也旨在透過拍攝兩組相距行星自轉一週的影像來測量大氣的運動，從而能夠對雲層的運動進行詳細研究。從左到右奧古斯丁-桑切斯-拉維加、里卡多-韋索和Arrate Antuñano Martín。圖片來源：UPV/EHUJWST 影像顯示，覆蓋赤道的雲層中發生的運動與在較低雲層中觀測到的運動截然不同。這些雲層非常微弱，從地球上甚至透過不同的太空任務獲得的觀測數據都無法看到它們的細節。然而，JWST 的詳細圖像顯示，在這些雲層中，風速達到每小時500 公里，而在30 公里以下的較低雲層中，風速只有每小時250 公里。這項發表在《自然-天文學》上的研究將木星的新噴流與氣體巨行星土星的赤道噴流結構進行了比較。2009 年，UPV/EHU 行星科學小組在土星上發現了一種風結構，與現在木星上發現的風結構非常相似，而土星上的風結構則是透過美國太空總署卡西尼太空探測器的觀測發現的。在木星和土星上，升高的赤道噴流可能與這兩顆行星大氣層中每隔幾年週期性發生的全球溫度變化有關，但人們認為這種變化在平流層的高度僅限於新赤道噴流水平以上30-150 千米的高度。如果新的木星噴流與高層大氣中的這些溫度振盪有關，那麼赤道噴流在木星和土星上的強度應該是可變的，而且在比現有大氣模型所能解釋的更深的層次上也是如此。這些令人入迷的現象發生在木星和土星的對流層頂附近，而這裡正是由於科里奧利力的消退作用而導致大氣動力學發生變化的地方，也是大氣的熱特性發生巨大變化的地方。未來JWST 對木星和土星的觀測可能會為這些現象帶來新的啟示。
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）
由JWST 獲得的木星影像（左）假彩色成分。(中）以對上部雲層敏感的波長所獲得的影像。(右）以對下部雲層敏感的波長所獲得的影像。資料來源：NASA/ESA/CSA 和木星早期發布科學小組。處理： 里卡多-胡索（UPV/EHU）2022 年7 月27 日，詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）觀測了木星大氣層，這是巴斯克大學行星科學組（UPV/EHU）研究人員參與的國際”早期科學”計劃的一部分。畢爾巴鄂工程學院講師里卡多-胡索（Ricardo Hueso）設計並領導了對JWST所獲得的木星影像序列的分析。現在發表在《自然-天文學》（Nature Astronomy）雜誌[1]上的數據分析顯示，在木星大氣層中發現了一股噴流，而這股噴流幾十年來一直未被注意到。畢爾巴鄂工程學院講師奧古斯丁-桑切斯-拉韋加（Agustín Sánchez-Lavega）和阿拉德-安圖納諾-馬丁（Arrate Antuñano-Martín）也參與了這項發現。
透過可見光波長（白色輪廓）和研究中使用的不同濾光片（圖中標註的彩色線條）觀測到的木星上的帶狀風的結構。背景圖片是對上層雲敏感的JWST 影像的組合。左側面板： 帶狀風的整體結構。右側板塊： 赤道區域，雲層上部觀測到新的噴流。資料來源：NASA/ESA/CSA 和木星早期發布科學團隊
從左到右奧古斯丁-桑切斯-拉維加、里卡多-韋索和Arrate Antuñano Martín。圖片來源：UPV/EHUJWST 影像顯示，覆蓋赤道的雲層中發生的運動與在較低雲層中觀測到的運動截然不同。這些雲層非常微弱，從地球上甚至透過不同的太空任務獲得的觀測數據都無法看到它們的細節。然而，JWST 的詳細圖像顯示，在這些雲層中，風速達到每小時500 公里，而在30 公里以下的較低雲層中，風速只有每小時250 公里。這項發表在《自然-天文學》上的研究將木星的新噴流與氣體巨行星土星的赤道噴流結構進行了比較。2009 年，UPV/EHU 行星科學小組在土星上發現了一種風結構，與現在木星上發現的風結構非常相似，而土星上的風結構則是透過美國太空總署卡西尼太空探測器的觀測發現的。在木星和土星上，升高的赤道噴流可能與這兩顆行星大氣層中每隔幾年週期性發生的全球溫度變化有關，但人們認為這種變化在平流層的高度僅限於新赤道噴流水平以上30-150 千米的高度。如果新的木星噴流與高層大氣中的這些溫度振盪有關，那麼赤道噴流在木星和土星上的強度應該是可變的，而且在比現有大氣模型所能解釋的更深的層次上也是如此。這些令人入迷的現象發生在木星和土星的對流層頂附近，而這裡正是由於科里奧利力的消退作用而導致大氣動力學發生變化的地方，也是大氣的熱特性發生巨大變化的地方。未來JWST 對木星和土星的觀測可能會為這些現象帶來新的啟示。