木星世界：朱诺号发现浅层闪电和泥浆球 或可揭露氨气的秘密

简介：朱诺任务发现木星 “浅闪电” ：意外的放电形式是浅闪电是由含有氨水溶液的云产生的，而地球上的闪电是由水云产生的。

这个动画模拟了木星独特的高空雷暴。近距离欣赏朱诺号最新发现的浅层闪电，深入感受鹦鹉螺云的强烈气流。

图片来源：NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin音乐：范吉利斯 动画：Koji Kuramura

据美国航天局木星探测器朱诺传回的最新信息显示，在太阳系最大行星木星发现了一种命名为“浅层闪电”的现象。浅层闪电是一种奇特的放电形式，产生于含有氨水的云层，有别于地球上由水形成的云层。

另外，还发现这颗气态巨行星著名的雷暴天气可能会产生黏糊糊的氨水冰雹。朱诺项目科学团队将其命名为“泥浆球”，并推测泥浆球实质上是绑架了大气上层的氨和水，然后将其带到木星大气的深处。

新发现的浅层闪电现象将于8月6日星期四在《自然》杂志发表，泥浆球研究成果目前则可以在《地球物理学研究杂志：行星》的网站上查阅。

依据NASA朱诺任务传回的数据，图像模拟出木星高空雷暴。朱诺号飞船近距离飞掠木星时其灵敏的Stellar Reference Unit照相机在行星背光面发现了异常闪电。

图片来源：NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt/Heidi N. Becker/Koji Kuramura

1979年NASA旅行者号首次发现类木行星的闪电现象。地球上的闪电都是在雷暴中产生，其水分子则是所有形态共存，即冰、水、气。过去都认为其他行星也是这样。这样的暴风在木星应产生于现有云层以下28-40英里（45-65公里），气温在32华氏度上下盘旋（0摄氏度，水结冰的温度）。朱诺号之前的旅行者号任务以及关于这个气态巨行星的其他航天任务都发现木星云层顶部有闪电的亮斑，表明闪电是来自深处的水云。然而朱诺的Stellar Reference Unit照相机（用于探测昏暗光源的相机）观测到的木星背光面的闪电将展示另一种情况。

“近距离飞掠云层顶部的朱诺给我们带来了惊喜-发现更小、更浅的闪电。这些闪电在木星大气中的位置比之前预计的高很多。”海蒂·贝克尔（Heidi Becker）说，南加州NASA喷气推进实验室的辐射监测研究项目负责人以及那篇自然杂志论文的主要作者。

贝克尔和她的团队认为木星的强雷暴将水冰抛出水云层，高至16英里以上（25公里），水冰与大气中的氨蒸汽相遇后融化并形成新物质氨水溶液。在这样的高空，温度低至负126华氏度（负88摄氏度），液态水是无法单独存在的。

“木星高空中的氨相当于防冻剂，使水冰的熔点降低，这样才能和液态氨水形成云层。”贝克尔说，“在这新的状态下，下降的氨水小液滴与上升的水冰晶体碰撞并让云层带电。地球上没有氨水云层，这是一个大惊喜。”

这张朱诺拍摄的照片中央有一小片明亮的“弹出式的”云，特别明显。这样的云应该是在雷暴的顶部，会产生浅层闪电。

照片来源：NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill © CC BY

浅层闪电现象引发了对另一个关于木星大气运行的谜团的思考：朱诺号的微波辐射仪发现大部分木星大气内的氨已耗尽，也就是说消失了。更令人疑惑的是氨含量在木星大气的不同位置并不相同。

斯科特·博尔顿（Scott Bolton）是圣安东尼奥市的美国西南研究院朱诺项目首席研究员，他说：“过去科学家知道氨在小范围内消失，但没意识到这个范围是是有多深，甚至涵盖了几乎整个木星。我们以前单用氨水雨来解释氨的耗尽，但氨水雨到不了深处，不能产生观测到的现象。我觉得冰雹这类的固体可以到达的位置可能更深一些，因而可以吸收更多的氨。海蒂发现浅层闪电后，我们觉得这是氨和水在大气高空混合的证据，因此闪电是谜团的关键。”

木星泥浆球

昨天第二篇论文在《地球物理学研究杂志：行星》上发表，推测了木星泥浆球，即木星冰雹的形成过程。2/3水蒸汽和1/3氨蒸汽的神奇组合为冰雹的形成提供了雹核。雹核包裹上一层层含有水和氨的浆和冰，再覆盖上一层厚厚的由水形成的冰壳。泥浆球的形成方式和地球上的冰雹相似，随着雹核在大气中上下翻滚而逐渐增大。

朱诺项目的联合研究员、第二篇论文的主要作者、法国尼斯市蔚蓝海岸大学的Tristan Guillot说：“泥浆球逐渐变大到上升气流托不住之后，落入大气深处，接触更暖和的温度，最后完全蒸发。这样氨和水就被带到行星大气较深的区域，也就解释了我们通过朱诺号的微波辐射仪只能探测到少量氨的原因。”

这张图描绘了木星上的“浅层闪电”和“泥浆球”的形成过程。

图片来源：NASA/JPL-Caltech/SwRI/CNRS

“要揭开木星氨气的失踪之迷就必须将这两个现象结合起来考虑。”博尔顿说，“事实证明氨气并没有凭空消失，只是在下降过程中通过和水混合掩盖住自己。谜底非常简洁漂亮，也就是液态的水和氨只有下降到一定深度并且变成蒸汽时才能被我们探知。这是一个挺深的位置。”

理解木星气象有助于建立太阳系全部行星的大气动力学，也有益于系外行星的探索。通过对比太阳系内的暴风和大气物理的运行情况，行星科学家可以在不同条件下验证相关理论。

朱诺项目

太阳能木星探测器于2011年8月5日即九年前的今天发射。上个月则是它抵达木星满四年。在进入气态巨行星木星的轨道后，朱诺号一共执行了27次飞掠任务，飞行里程超过3亿英里（4.83亿公里）。

JPL，是加利福尼亚州帕萨迪纳市的加州理工学院的一个研究室，为圣安东尼奥市的美国西南研究院首席研究员斯科特·博尔顿（Scott Bolton）管理朱诺项目。朱诺项目是NASA新疆界计划的一部分，在位于阿拉巴马州亨茨维尔市的马歇尔航天飞行中心进行，隶属华盛顿的NASA科学任务局。

作者: nasa