韋伯近紅外線探測器（Webb’s NIRSpec）最近的觀測揭示了木星高層大氣的驚人細節，特別是在大紅斑上方，顯示了受重力波影響的複雜結構。這些發現是利用韋伯的高解析度能力捕捉到的，可以為木星冰月探測器（Juice）任務提供支持，增強我們對木星及其衛星的了解。

對木星上的大紅斑進行的新觀測顯示，木星大氣層在這個廣為人知的風暴上方和周圍出奇地有趣和活躍。這張圖顯示了韋伯觀測到的區域–首先是它在整個行星的近紅外線攝譜儀影像上的位置（左），然後是由韋伯的近紅外線攝譜儀（NIRSpec）拍攝到的區域本身（右）。資料來源：歐空局/韋伯、美國太空總署和加空局、木星地球資源衛星小組、J. Schmidt、H. Melin、M. Zamani（歐空局/韋伯）

木星是夜空中最亮的天體之一，在晴朗的夜晚很容易看到。除了木星兩極區域明亮的北極光和南極光之外，木星上層大氣的光芒很弱，因此地面望遠鏡很難分辨出這個區域的細節。然而，韋伯望遠鏡的紅外線敏感度使科學家能夠以前所未有的細節研究木星上層大氣中廣為人知的大紅斑。

木星的上層大氣是木星磁場和下層大氣之間的界面。在這裡，我們可以看到明亮而充滿活力的北極光和南極光，它們是由木星的衛星木衛一噴出的火山物質形成的。然而，在靠近赤道的地方，木星上層大氣的結構會受到射入陽光的影響。由於木星接收的陽光只有地球的4%，天文學家預測這一區域的性質是均勻的。

2022年7月，韋伯的近紅外線攝譜儀（NIRSpec）利用儀器的積分場單元功能對木星大紅斑進行了觀測。研究小組的”早期釋放科學”觀測試圖調查這一區域是否真的暗淡無光，而韋伯觀測的目標就是標誌性的大紅斑上方區域。研究團隊驚訝地發現，在整個視野中，大氣層上部有各種錯綜複雜的結構，包括暗弧和亮點。

Webb NIRSpec 的觀測結果顯示了木星電離層中氫分子發出的紅外光。這些分子位於風暴雲層上方300 多公里處，來自太陽的光線使氫氣電離並激發了這種紅外線發射。在這張圖像中，較紅的顏色顯示了來自木星電離層高空的氫發射。較藍的顏色顯示來自較低高度的紅外光，包括大氣層中的雲頂和非常突出的大紅斑。木星遠離太陽，因此日照均勻且水平較低，這意味著木星表面大部分區域在這些紅外線波長下相對較暗–特別是與木星磁場特別強的兩極附近分子發出的輻射相比。研究人員曾預期這一區域的性質會因此而顯得單一，但與此相反，在整個視野中，這一區域擁有各種錯綜複雜的結構，包括暗弧和亮點。圖片來源：ESA/Webb、NASA & CSA、H. Melin、M. Zamani（ESA/Webb）

團隊負責人、英國萊斯特大學的亨里克-梅林（Henrik Melin）說：「我們天真地以為，這個地區會非常無聊。事實上，它和北極光一樣有趣，甚至更有趣。木星從未停止帶給我們驚喜。

雖然該區域發出的光是由太陽光驅動的，但研究團隊認為，一定還有其他機制在改變高層大氣的形狀和結構。

“改變這種結構的一種方式是重力波–類似於海浪拍打沙灘，在沙灘上形成漣漪，」亨里克解釋。 “這些波在大紅斑周圍湍急的低層大氣深處產生，它們可以向高空傳播，改變高層大氣的結構和排放。”

研究小組解釋說，在地球上偶爾也能觀測到這些大氣波紋，但它們比韋伯在木星上觀測到的波紋弱得多。他們還希望在未來對這些錯綜複雜的波紋圖案進行後續的韋伯觀測，以研究這些圖案是如何在行星的高層大氣中移動的，並加深我們對這一區域的能量預算以及這些特徵如何隨時間變化的理解。

這些發現也可能為歐空局於2023年4月14日發射的木星冰月探測器Juice提供支援。 Juice將利用一套遙感、地球物理和現場儀器對木星及其三顆大型蘊藏海洋的衛星–木衛三、木衛四和木衛三–進行詳細觀測。這項任務將確定這些衛星作為行星天體和可能的棲息地的特徵，深入探索木星的複雜環境，並將更廣泛的木星系統作為整個宇宙中氣體巨行星的原型進行研究。

這些觀測是作為早期發布科學計劃#1373 的一部分進行的：ERS 對木衛三系統的觀測是JWST 太陽系科學能力的展示（共同首席科學家：I. de Pater、T. Fouchet）。

“這份地球資源衛星提案早在2017年就寫好了，”團隊成員、加州大學柏克萊分校的伊姆克-德-帕特（Imke de Pater）分享道。 “我們的目標之一是研究為什麼大紅斑上方的溫度看起來很高，因為當時美國宇航局紅外線望遠鏡設施的最新觀測結果顯示，大紅斑上方的溫度很高。然而，我們的新數據卻顯示出截然不同的結果”。

這些結果發表在《自然-天文學》。

編譯自/ scitechdaily