研究人员首次测量了木星的平流层风——结果令人惊叹

一个国际天文学家团队首次测量了木星猛烈的平流层风——他们利用一颗 27 岁的彗星来进行测量。

科学家们已经测量了木星对流层（木星标志性条纹所在之处）和电离层上方的风速。但这项新研究首次使用极其灵敏的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列 (ALMA) 测量木星平流层的风速。他们测量了赤道附近和两极附近的风速。

有些结果并不太令人惊讶——他们发现赤道的风速与模型预测的大致相同。“但我们在两极附近看到的情况完全出乎意料，”这项研究的作者、波尔多天体物理实验室的行星科学家、实验负责人蒂博·卡瓦利埃 (Thibault Cavalié) 说。研究小组发现，风速为每秒 300 到 400 米——大约每小时 700 到 900 英里——以意想不到的方向横扫两极。

“这是一次非常艰难的观测，”伯克利行星科学家 Imke de Pater 表示，她之前曾使用过 ALMA，但没有参与这项研究。她补充道，“这是一篇非常棒的论文，它们确实非常清楚地展示了……高层大气中的风廓线。”

木星的风几乎全部向东或向西吹，正如我们在木星标志性的红白水平条纹中看到的那样。这一规则适用于对流层——除了像木星红眼这样的涡旋，那里的风像飓风一样旋转。然而，在上面平流层中，风似乎遵循木星极光环的形状，就像地球的北极光一样，是由其磁场将太阳风引导到两极而形成的。这些极光环与两极并不完全对齐，因此风流与对流层的整齐带不匹配。

美国宇航局喷气推进实验室高级研究员兼观测天文学家格伦奥顿 (Glenn Orton) 表示，这种不寻常的极地风型不是停留在东西方向，而是向南北移动，“真是令人难以置信”，但他并未参与这项研究。

卡瓦利埃说，几十年来，计算行星风速最简单的方法就是拍摄行星的快照，然后过一段时间再拍一张，看看两张照片之间云层移动了多远。但在高海拔地区，这种方法行不通，因为风是看不见的。没有云层可以追踪。

但自从 1994 年舒梅克-列维 9 号彗星撞击木星以来，研究人员一直在密切关注该物体释放的两种化合物：氰化氢和一氧化碳。这两种化学物质寿命都很长，它们仍然漂浮在木星大气层中。该团队能够追踪氰化氢和一氧化碳的独特光谱指纹。既然他们可以利用云的运动来追踪风，也许他们可以利用这些分子来做同样的事情。

为此，研究小组首先通过检测频率来精确定位这两种分子。然后，他们利用了所谓的多普勒效应，这意味着这些频率会根据分子是朝我们移动还是远离我们而变化。因此，在木星上，当分子吹向望远镜时，它们会产生与远离望远镜略有不同的光谱信号。通过测量差异（频率受到多大影响），研究小组可以测量分子（和风）移动的速度。

卡瓦利埃表示，未来太空望远镜或许能够从彗星撞击产生的水中获取更多信息，因为水是木星上非常稀有的分子。他说，这项研究也是欧洲航天局计划于明年发射的木星冰卫星探测器 (JUICE) 任务的垫脚石。该探测器将近距离观察木星及其三颗卫星，并首次绕木卫三（太阳系中最大的卫星）运行。

当舒梅克-列维 9 号彗星撞击木星时，卡瓦利埃只有 12 岁——对于参与这次观测来说，他年纪尚小。但他说，这次事件促使他走上了行星科学的职业道路。

多年过去了，这颗彗星仍然留下它的痕迹。