真實曝光:土星巨型風暴將橫掃北半球

  美國宇航局正在土星軌道運行的卡西尼號探測器拍攝的大量圖像和錄像記錄了一個在這顆氣態星球北半球肆虐近一年的巨型風暴。這些圖像數據顯示在大約一年前,土星北半球出現了一個小白點,具體時間大約是在2010年的12月5日。

  目前這個巨型風暴的南北直徑已經超過9000英里(約合 1.5萬公里),超過了一個地球直徑。這是有史以來在土星大氣中觀察到的規模最大的風暴。就在卡西尼號探測器拍攝到首幀土星風暴圖像的當天。

資料圖:土星

       飛船上搭載的無線電和等離子體波探測設備也記錄到了風暴發出的電活動信號,數據顯示這是一個劇烈的對流雷暴系統。其劇烈對流大約於今年6月底開始衰減,但是風暴系統攪動產生的巨型雲系依舊在土星大氣中遲遲沒有消散,留存至今。

  這個對流活動持續200天的雷暴雲系也讓它成為有記錄以來持續時間最久的土星雷暴系統。之前的紀錄保持者是1903年觀測到的一個土星雷暴系統,當時它持續了大約150天。而21年前美國哈勃空間望遠鏡拍攝到的一次相似規模的風暴僅僅持續了55天。

  安德魯·林格索爾(Andrew Ingersoll)是來自加州理工學院的卡西尼探測器項目科學家,是一名成像小組成員,他說:“說起來這個土星風暴更像是一次火山爆發而不是天氣系統。其內部的壓力積聚經歷很很長時間,然後發生了這樣的風暴。

資料圖:土星

       有關這一點,神秘之處在於這裡並沒有什麼岩石去阻止這種能量散發,那麼究竟是什麼機制在那麼多年裡阻止這種能量爆發的呢?”

  作為成像小組“土星風暴觀測行動”的一部分,小組控制卡西尼號探測器拍攝了數以百計的這一風暴雲系的圖像。這一工作是見縫插針地完成的,因為所有觀測任務都是事先安排好的,卡西尼的相機必須負責對土星。

       它的光環和許多衛星目標進行成像,只有在這些任務執行的空擋,小組成員們才能抓拍土星風暴的壯觀影像。結合卡西尼號自2004年以來獲取的大量土星照片資料,科學家們現在可以追溯這個巨型風暴形成之前的土星大氣變化狀況,進而從中瞭解風暴的形成機制,風速變化以及這種變化發生的高度。

資料圖:土星

  這個風暴系統最初出現的位置大致是在土星北緯35度左右,隨後擴展到整個土星表面,覆蓋大約50億平方公里的面積(相當於10個地球的表面積)。在此之前卡西尼號探測器觀測到的最嚴重風暴發生在土星南半球一個被叫做“風暴走廊”的緯度帶,顧名思義這裡經常發生風暴事件。

       那場風暴持續了數個月,從2009年一直延續至2010年。事實上那場風暴是幾場單獨的小型風暴組成的,它們每一個的延續時間都在5天左右,因此僅能對局地氣候造成影響。然而現在我們觀察到的這個巨型風暴規模不可同日而語,它持續超過200 天,幾乎影響了整個土星北半球1/5地區的氣候特徵。

  加州大學行星科學家,卡西尼探測器項目成像小組成員庫尼·薩雅納吉 (Kunio Sayanagi)說:“這個風暴和之前我們在土星上觀察到的任何東西都不一樣。事實上我們注意到這種大規模的風暴系統每隔20~30年就會出現一次,它可以向我們傳遞有關土星大氣深層結構的重要信息,而我們還需要時間去解開這個奧秘。”

  目前宇航局已經決定讓卡西尼探測器繼續運行,至少工作到2017年之後。這就給了科學家們機會對土星大氣中的變化進行持續的監視。現在土星北半球正迎來夏季,科學家們將瞭解這裡會發生什麼樣的變化。

  卡西尼項目成像小組負責人,波爾多空間科學研究所的卡洛琳·波柯(Carolyn Porco)女士說:“正是得益於我們能夠將探測器送至土星軌道,並使用各種精密儀器進行探測才讓我們得以目睹這樣一場壯觀的奇景。進入土星軌道7年來的工作已經讓卡西尼號探測器成為迄今人類執行過的最高產的探測任務之一。”

資料圖:土星

  卡西尼-惠更斯探測器項目是一項由美國宇航局 (NASA),歐洲空間局(ESA)以及意大利航天局共同執行的國際合作項目。設於加州帕薩迪納的美國宇航局噴氣推進實驗室(JPL)負責整個項目的運行管理。JPL還負責設計並製造了探測器本體以及其上搭載的兩台相機,圖像處理工作則由設在美國科羅拉多州波爾多的空間科學研究所負責進行。

  據美國宇航局網站報道,正在土星軌道運行的美國宇航局卡西尼號探測器和歐洲南方天文台的地基大型望遠鏡正在追蹤土星北半球出現的一個特大型風暴的發展動向。這個風暴規模罕見,席捲土星全球。

  卡西尼號探測器搭載的無線電和等離子波科學設備首先探測到土星大氣深處存在一個巨大的湍流,隨後在2010年12月份,地面上的業餘愛好者們相繼觀測到土星大氣表面出現一個巨大的風暴。

       隨著其強度增加,這個風暴逐漸發展成為一個力量驚人的雷暴雲團。這個風暴在土星動盪的大氣中形成了一個直徑超過3000英里(約合5000公里)的暗色漩渦,規模幾乎和木星上的大紅斑相當。

資料圖:土星

  這種劇烈的動盪擾動了土星原本相對平靜的平流層,形成一塊相對溫暖的區域,在紅外波段看起來非常明亮,就像是一座星際燈塔。有關這項研究的詳細論文將發表在本周出版的雜誌。

  雷·弗萊徹(Leigh Fletcher)來自英國牛津大學,他是這項研究的第一作者,同時也是卡西尼項目組的成員。他說:“地球上的任何風暴都不能和這個風暴系統相提並論。這樣大規模的風暴是罕見的。在土星上,這樣規模的風暴自從1876年有記錄以來只觀測到6次,最近的一次還是在1990年。”

  這也是首次當風暴發生時在土星軌道上恰好有一艘人類的探測器,這也使它成為首個被在軌的宇宙飛船近距離仔細考察的土星風暴。除此之外它還是首個被從熱紅外波段進行研究的土星風暴,在這一波段土星的熱輻射特徵能讓科研人員瞭解其大氣溫度分佈,風速以及化學組成情況。

  風暴橫貫北半球

  位於智利帕拉那山的歐洲南方天文台甚大望遠鏡(VLT)和卡西尼探測器的合成紅外光譜儀(CIRS)小組通力合作,獲取土星大氣表面的溫度數據。

資料圖:土星

  格林·奧頓(Glenn Orton)是美國宇航局噴氣推進實驗室(JPL)的科學家,也是這一論文的合著者。他說:“我們的這次觀測顯示此次風暴事件對土星大氣層產生了嚴重的影響,發生了能量和物質的遠距離輸送,並導致大氣環流模式的改變。這進一步引起了高空噴流和巨大漩渦結構的出現,也打亂了土星正常的季節轉變。”

  根據測量數據,研究人員們認為這次的風暴是土星有觀測以來出現的最強烈的一次,這讓他們很吃驚。這個風暴的起因僅僅是一次發生在土星深層大氣的常規擾動,但是後來卻穿破上覆的大氣和雲層,進入平流層並發展成了一次規模空前的劇烈風暴。

  隕石帶

  布裡吉特·亨茨曼(Brigette Hesman)是美國馬裡蘭大學的科學家,也是卡西尼合成紅外光譜儀(CIRS)小組成員。他說:“在地球上,民航班機一般會選擇在平流層中飛行以避免受到天氣影響。但如果你是在土星上空飛行,那麼這個風暴就實在升的太高了,飛機沒辦法避開它。”

  這場風暴之劇烈,還有其他數據可以說明問題。比如,由於它從土星大氣層下方各個層面捲起來的物質,土星上層大氣的化學成分出現了變化。卡西尼合成紅外光譜儀的觀測數據中可以發現乙炔和磷化氫含量的明顯改變。這兩種化學物質經常被用作土星大氣運動的示蹤劑。

資料圖:土星

  在另一項獨立的研究中,噴氣推進實驗室(JPL)的凱文·巴恩斯(Kevin Baines)領導下的卡西尼可見光與紅外成像分光設備(VIMS)小組獲取的數據分析確認了這次風暴正在捲起大量的深層物質,其中包括將數倍於任何以往風暴情況的氨捲起,送至高層大氣。

  卡西尼探測器是一個美國宇航局和歐洲空間局之間,以及意大利航天局的合作項目,於1997年10月發射升空,於2004年7月成功進入土星軌道開展考察工作。整個項目由美國宇航局噴氣推進實驗室負責管理。




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