美國宇航局（NASA）圍繞木星運行的朱諾探測器的新發現提供了一幅更全面的圖景，說明這顆行星獨特而多彩的大氣特徵如何為其雲層下不為人知的過程提供線索。這些結果強調了環繞木星的雲帶和雲區、木星的極地氣旋以及大紅斑的內部運作情況。
研究人員周四在《科學》雜誌和《地球物理研究：行星》雜誌上發表了幾篇關於朱諾大氣層發現的論文。其他論文出現在最近的兩期《地球物理研究通訊》上。
NASA行星科學部主任Lori Glaze說：“朱諾號的這些新的觀測結果為木星神秘的可觀測特徵打開了一個新的信息寶庫。每篇論文都揭示了該行星大氣過程的不同方面–這是我們的國際多元化科學團隊如何加強對我們太陽系理解的一個絕好例子。”
朱諾號在2016年進入木星的軌道。迄今為止，在航天器37次飛越這顆行星的過程中，一套專門的儀器在其動蕩的雲層下面進行了觀察。
“以前，朱諾號給我們帶來了驚喜，暗示木星大氣層中的現象比預期的要深，”來自美國西南研究院的朱諾號首席調查員、《科學》雜誌關於木星渦旋深度論文的主要作者Scott Bolton說。“現在，我們開始把所有這些單獨的碎片放在一起，並首次真正了解木星美麗而劇烈的大氣層是如何運作的–以3D方式。”
朱諾號的微波輻射計（MWR）使任務科學家能夠在木星的雲頂之下進行窺視，並探測其眾多渦旋風暴的結構。這些風暴中最有名的是被稱為大紅斑的標誌性反氣旋。這個深紅色的風暴的直徑比地球還大，自從近兩個世紀前被發現以來，一直吸引着科學家。
新的結果顯示，氣旋在頂部更溫暖，大氣密度更低，而在底部更冷，密度更高。反氣旋，其旋轉方向相反，頂部更冷，但底部更暖。
研究結果還表明，這些風暴比預期的要高得多，一些風暴延伸到雲頂以下60英里（100公里），而其他風暴，包括大紅斑，延伸到200多英里（350公里）。這一驚奇的發現表明，旋渦覆蓋的區域超出了水凝結和雲層形成的區域，低於陽光溫暖大氣的深度。
大紅斑的高度和大小意味着大氣質量在風暴中的集中可能會被研究木星重力場的儀器探測到。朱諾號在木星最有名的地方進行了兩次近距離飛越，提供了搜索風暴重力特徵的機會，並補充了MWR關於其深度的結果。
隨着朱諾號以大約13萬英里/小時（20.9萬公里/小時）的速度在木星的雲層上低空飛行，朱諾號的科學家們能夠使用美國宇航局的深空網絡追蹤天線，在超過4億英里（6.5億公里）的距離上測量每秒0.01毫米的速度變化。這使研究小組能夠將大紅斑的深度限制在雲頂以下約300英里（500公里）。
NASA噴氣推進實驗室的朱諾號科學家、《科學》雜誌上一篇關於大紅斑重力飛越的論文的主要作者Marzia Parisi說：“在2019年7月的飛越期間，獲得大紅斑的重力所需的精度是驚人的。能夠補充MWR在深度上的發現給了我們極大的信心，未來在木星的重力實驗將產生同樣耐人尋味的結果。”
雲帶和雲區
除了氣旋和反氣旋之外，木星還以其獨特的雲帶和雲區而聞名–白色和紅色的雲帶，環繞着木星。以相反方向移動的強勁的東西向風將這些帶子分開。朱諾號之前發現，這些風，或稱噴流，深度約為2000英里（大約3200公里）。研究人員仍在試圖解開噴射流如何形成的謎團。朱諾的MWR在多次經過時收集的數據揭示了一個可能的線索：大氣層中的氨氣與觀察到的噴流明顯一致地上下移動。
以色列魏茲曼科學研究所的研究生、《科學》雜誌關於木星上類似於費雷爾細胞的論文的主要作者Keren Duer說：“通過跟蹤氨氣，我們在北半球和南半球都發現了性質類似於費雷爾環流圈(Ferrel cell)的環流圈，它們控制着我們在地球上的大部分氣候。地球每個半球有一個費雷爾環流圈，而木星有八個–每個至少大30倍。”
朱諾的MWR數據還顯示，在木星水雲下約40英里（65公里）處，雲帶和雲區經歷了一個過渡。在淺層，木星的帶子在微波光中比鄰近的區域更亮。但是在更深的層次，在水雲下面，情況正好相反–這揭示了與我們海洋的相似性。
英國萊斯特大學的朱諾號參與科學家、《地球物理研究》雜誌上這篇論文的主要作者Leigh Fletcher說：“我們把這一層稱為’Jovicline’，以類比地球海洋中的一個過渡層，即所謂的溫線–海水從相對溫暖急劇過渡到相對寒冷。”
極地旋風
朱諾號之前在木星的兩極發現了多邊形排列的巨大旋風風暴–在北方有八個八角形排列，在南方有五個五角形排列。現在，五年後，任務科學家利用航天器的木星紅外極光成像儀（JIRAM）的觀測，確定這些大氣現象具有極強的彈性，保持在相同的位置。
羅馬國家天體物理研究所的朱諾號共同研究員、最近發表在《地球物理研究快報》上的一篇關於木星極地氣旋的振蕩和穩定性的論文的主要作者Alessandro Mura說：“木星的氣旋相互影響運動，導致它們圍繞一個平衡位置進行振蕩。這些緩慢振蕩的行為表明，它們有很深的根源。”
JIRAM的數據還表明，就像地球上的颶風一樣，這些氣旋想要向極地移動，但是位於每個極地中心的氣旋將它們推回。這種平衡解釋了氣旋所處的位置和每個極點的不同數量。