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科学家发现“狂躁”的木星大红斑竟然有水存在 木星上也可能有生命?

2018-09-03 14:42:42 来源: 前瞻网 作者:
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1995年12月7日,美国宇航局的伽利略号(Galileo)探测器以每小时106000英里的速度坠入木星的大气层,将58分钟的数据传回地球,然后在木星内部被粉碎。
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1995年12月7日,美国宇航局的伽利略号(Galileo)探测器以每小时106000英里的速度坠入木星的大气层,将58分钟的数据传回地球,然后在木星内部被粉碎。

就大气成分而言,探测器测量到的一些物质符合预期。但也有一些意外,其中最令人不解的是,伽利略探测号进入的区域比天体物理学家预期的要干燥。木星的79颗卫星大部分是由冰组成的,所以人们认为木星的大气中会含有大量的水。如果是这样的话,750磅重的探测器当时并没有发现水的存在。

近四分之一个世纪过去了,专家们仍在争论在木星的大气中有多少水存在。包括克Clemson University的天体物理学家Mate Adamkovics在内的一支国家科学家小组最近的研究表明,答案是……很多。

“通过建立和分析地面望远镜获得的数据,我们的团队已经探测到木星大红斑表面深处存在水的化学迹象,”Adamkovics说,他是科学学院物理和天文系的助理教授。“木星是一颗巨型气体行星,其质量是我们所有其他行星总和的两倍多。尽管木星大气的99%是由氢和氦组成的,但在一个如此巨大的行星上,即使是太阳能反应产生的水加起来也会有很多——比地球上的水还要多很多倍。

Adamkovics的合作研究最近发表在《天文学杂志》(Astronomical Journal)上,这是世界上首屈一指的天文学杂志之一。他是NASA的Gordon L. Bjoraker团队的一员;加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)的Michael H. Wong和Imke de Pater;马里兰大学(University of Maryland)的Tilak Hewagama;还有加州理工学院(California Institute of Technology)的Glenn Orton。这篇论文的题目是“木星大红斑的气体成分和深层云结构”。

该团队将目光集中在大红斑上,大风暴是木星上最大的风暴气旋,长约25000千米,上下跨度12000千米,每6个地球日按逆时针方向旋转一周,经常卷起高达8千米的云塔,150多年来一直在木星的天空中肆虐。研究小组利用地面望远镜上的两种仪器收集的辐射数据来寻找水源: NASA红外望远镜上的iSHELL和Keck 2望远镜上的近红外光谱仪,这两种望远镜都位于夏威夷的茂纳基亚(Maunakea)偏远的山顶。iShell是一种高分辨率的仪器,可以探测到各种色谱的气体。Keck 2是地球上最灵敏的红外望远镜。

研究小组在大红斑发现了三层云,最深的云层在5-7巴(压力单位,1巴=100000帕斯卡)之间。巴是压力的公制单位,它近似于地球海平面上的平均大气压。木星的海拔是用巴来测量的,因为木星没有类似地球用来测量海拔的表面。

科学家们认为,在云顶以下约5-7巴(约100英里)的地方,水的温度将达到冰点。研究小组发现的三层云层中最深的一层被认为是由冷冻水组成的。

“利用我们的技术在木星上发现水在很多方面都具有重要意义。我们目前的研究集中在红斑上,但未来进行的项目将能够估算出整个木星上有多少水存在,”Adamkovics说。

“水可能在木星动态的天气模式中扮演关键角色,所以这将有助于我们理解是什么导致木星的大气如此动荡。”最后,在可能有液态水存在的地方,不能完全排除生命存在的可能性。所以,尽管看起来不太可能,但木星上存在生命并不超出我们的想象范围。”

Clemson在这项研究中的主要角色是使用专门设计的软件将原始数据转换成具科学质量的数据,这些数据可以更容易地分析,并与Clemson和世界各地的科学家共享。今年春天,物理学和天文学专业的本科生Rachel Conway完成了这类工作,他通过Clemson的创意探究计划(Creative Inquiry program)参与了该项目。

来自康涅狄格州沃特敦(Watertown)的Conway说“刚开始的时候,我先把数据遍历一遍。代码已经写好了,我只是插入新的数据集并生成输出文件。但后来我开始修正错误,并对实际情况有了更多了解。我对任何事物都感兴趣,所以了解更多我们不知道的东西是非常棒的。”

NASA的朱诺号(Juno)飞船于2016年抵达木星,至少2021年之前将围绕木星轨道运行并进行研究,它揭示了许多关于行星惊天大秘密。朱诺号还在利用自己的高科技红外光谱仪寻找水源。如果朱诺号的观测与地面观测相吻合,那么后者不仅适用于大红斑,也适用于整个木星。als0技术可以用来研究土星、天王星和海王星,这三颗太阳系的气体行星。

“从今年秋天开始,下一个项目将是探测整个木星来获取更多此类数据。” Adamkovics说,他的研究重点是行星形成、行星大气和星周盘的物理和化学。

“为了做到这一点,我们将利用新仪器iSHELL收集千兆字节的数据,iSHELL以非常高的分辨率工作,将补充朱诺的观测数据。下一个项目的新部分是为所有这些数据编写自动化软件,这样我们就可以全面了解木星上水资源的丰富程度。”

这一次,Adamkovics和Conway会有一些新成员加入他们的Clemson团队。Adamkovics将增加6到8名创造性调查学生,以协助分析原始数据。

Adamkovics说:“除了物理专业的学生,我们还有专门研究其他领域的计算机科学家。我们期望这些跨学科的技能能够互相补充,提高我们的效率和高效。木星仍然有许多谜团。但我们从未像现在这样做好准备,也从未像现在这样的有能力去解决这些问题。

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