浅层闪电和糊状

2021-06-27 09:21:03　来源: 天文在线
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　　利用美国宇航局的“朱诺”号探测获得的数据对木星上的雷暴做出如下的艺术描绘。
　　
　　图片来源：美国宇航局/加州理工学院喷气推进实验室/美国西南研究院/毛伊岛空间监视站/杰拉尔德·艾希施塔特
　　最新的研究表明，木星上存在的闪电和冰雹与我们所熟悉的地球上的类型截然不同。
　　根据本周发表在《自然》上的一篇新研究，木星上的浅层闪电并不像地球闪电一样源于积雨云，而是从富含水和氨的云层中产生。
　　
　　一篇发表在《地球物理研究杂志：行星》上的相关研究中，科学家们展示了同样的雷暴如何能以冰雹或研究人员所说的“蘑菇球”的形式制造出令人意想不到的天气现象。这些泥球落入这颗气态巨行星行星内部，将氨带到了木星大气的更深层。
　　行星科学家对木星上闪电的了解已有数十年，他们认为成因与地球上相似，也就是由温度接近冰点的积雨云造成的。然而，要达成相似条件，这些风暴必须在木星云层顶部以下28至40英里（即45至64公里）的高度形成。问题是，美国宇航局的“朱诺号”在木星大气层的高处，观测到更小和更浅的闪光。
　　
　　在《自然》刊登的研究中，来自加州理工大学的行星科学家海蒂·贝克尔和同事一起给这个明显不一致的结果给出合理的解释：大气层深处的风暴将水冰晶甩到了大气层高处，即气态行星的积雨云上方大约16英里（即25公里）的高度。在这样的高度，水冰晶和氨发生接触，形成了氨水混合物。在这个海拔，温度达到零下126华氏度（即零下88摄氏度），但是氨会使这些冰融化。
　　
　　“在这个海拔，氨扮演类似防冻剂的角色，降低水-冰的凝固点，并允许氨-水液体形成云，”贝克尔在美国宇航局喷气推进实验室的通讯稿中解释道，“在这种新状态下，下落的氨-水液滴与向上运动的水-冰晶发生碰撞，使云层带电。这是一个巨大的惊喜，因为在地球上并不存在氨-水云。”
　　巧的是，这个解释似乎还解决了木星上存在的另一个谜团：氨缺失带的分布不均匀。科学家之前认为氨的缺失是由于降雨导致的，即氨和水的湿混合物随降雨沉淀入大气更深层。然而，这种情况的计算没有奏效，因为假设的雨不可能下落到“朱诺号”的微波辐射计探测到的氨消失的高度。
　　
　　图中描绘了木星上浅层闪电和蘑菇冰雹的演化过程。
　　图片来源：美国国家航空航天局/加州理工学院喷气推进实验室/美国西南研究院/法国国家科学研究中心
　　发表于《地球物理学研究杂志》的新解释表明科学家们的研究方向是正确的。但是这篇同样由贝克尔共同撰写的论文，假设了一种不同的降水方式，不是之前提出的降雨，而是冰雹。
　　
　　被研究人员称为“蘑菇球”的冰雹由氨和水组成。与冰雹在地球大气层中形成方式类似，“蘑菇球”从小种子开始，在强风的作用下体积逐渐增大。最终，这些泥球变得过重，朝大气层更深的地方下落，而后在更高的温度下蒸发。
　　
　　“结论是，氨并没有真正的消失，它只是通过与水混合来伪装自己，将自己运输至大气层更深的地方。”这项研究的合著者、圣安东尼奥的西南研究所“朱诺”项目的主要研究者斯科特·博尔顿在喷气推进实验室的通讯稿中解释道。
　　
　　所以，除了展示失踪的氨的去向之外，新理论还解释氨缺失带在木星大气中不均匀分布的原因。
　　一项科学发现引出另一项科学发现，这真的是太酷了，说的就是这里发生的事情了。一些科学工作看似多余或者任性妄为的工作，正如这两篇论文展示出来的，我们并不是总知道它们会将我们引向何方。
　　BY: George Dvorsky
　　FY:小甜豆
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