木星大红斑加热上层大气 | Nature 论文推荐
波士顿大学空间物理中心的研究者2016年7月27日在《自然》杂志上报道称，木星上层大气异常高温的神秘来源可能是大红斑。
来源 Phys.org
翻译 金庄维
审校 寒冬
风暴上方的大气涡流（同时）产生重力波和声波。重力波类似于弹拨吉他时弦的运动，声波则是空气产生的震动。一般认为风暴上方800千米处的上层大气加热由这两类波共同作用产生，就像海浪拍打沙滩。
Credit:Karen Teramura, UH IfA with James O'Donoghue and Luke Moore
到达地球的阳光可以有效地加热海拔远高于地表的大气层，即便是在400千米处，比如国际空间站轨道所在位置。木星与太阳的间距是日地距离的五倍以上，但它的上层大气平均温度仍能与地球相比。这种额外的热量并非来自太阳，研究外太阳系的科学家仍不清楚其中的机制。
“排除了来自太阳的能量，我们设计实验绘制整个行星的热量分布以寻找温度异常。这些异常可能会为能量来源提供线索，”波士顿大学研究员、论文主要作者 James O'Donoghue 博士解释道。
天文学家通过观测红外光测量行星的温度。我们看到的木星可见云顶大约在木星轮廓上方48千米处；而波士顿大学研究组观测的红外射线来自可见云顶上方约800千米处。当观测者看到结果时，他们发现无论何时望远镜望向行星南半球的某些经纬度，高海拔处的温度都比预期大得多。
“我们立刻发现高空中的最高温区域位于（海拔低得多的）大红斑上方——诡异巧合还是重要线索？” O'Donoghue补充道。
木星大红斑是太阳系奇观之一，绚丽气体的涡流形状常被称为“永久飓风”。几个世纪以来，大红斑的大小和颜色都在发生变化，它的跨度相当于3倍地球直径，风需要6天才能旋转一周。木星自转极快，周期仅为10小时。
“大红斑是加热木星上层大气的能量的极好来源，但我们尚无证据证明它对于高海拔处测得温度的实际影响。” 波士顿大学空间物理中心研究员、论文共同作者 Luke Moore 博士解释道。
两极的明亮区域由极光发射产生；为了让图像清晰加强了中低纬度的对比度。行星盘上中纬度大红斑的辐射非常明显。附加信息：图片中间的垂直暗线表示分光计狭缝的位置，方向沿着木星的旋转轴。Credit: James O’Donoghue, Luke Moore and NASA Infrared TelescopeFacility (IRTF)
解决遥远行星的“能量难题”对太阳系以及围绕其他恒星转动的行星都有启发。正如波士顿大学的研究人员指出，木星高层大气远高于木星可见盘处的异常高温在太阳系中并非独一无二。这样的难题同样出现在土星、天王星和海王星，也许所有巨型系外行星也都存在。
“对于行星大气层，能量从下层大气到上层的传递过程已被电脑程序模拟，但仍未被观测证实，” O'Donoghue表示，“风暴上方观测到的极高温似乎是能量传递的铁证，暗示了行星范围的加热机制是“能量难题”的可靠解释。”
原文链接：http://phys.org/news/2016-07-jupiter-great-red-planet-upper.html
论文基本信息
标题 Heating of Jupiter’s upper atmosphere above the Great Red Spot
作者 J. O’Donoghue, L. Moore, T. S. Stallard & H. Melin
刊期 Nature (2016)
日期 27 July 2016
doi 10.1038/nature18940
论文摘要
The temperatures of giant-planet upperatmospheres at mid- to low latitudes are measured to be hundreds of degreeswarmer than simulations based on solar heating alone can explain. Modellingstudies that focus on additional sources of heating have been unable to resolvethis major discrepancy. Equatorward transport of energy from the hot auroralregions was expected to heat the low latitudes, but models have demonstratedthat auroral energy is trapped at high latitudes, a consequence of the strongCoriolis forces on rapidly rotating planets. Wave heating, driven from below,represents another potential source of upper-atmospheric heating, thoughinitial calculations have proven inconclusive for Jupiter, largely owing to alack of observational constraints on wave parameters. Here we report that theupper atmosphere above Jupiter’s Great Red Spot—the largest storm in the SolarSystem—is hundreds of degrees hotter than anywhere else on the planet. Thishotspot, by process of elimination, must be heated from below, and thisdetection is therefore strong evidence for coupling between Jupiter’s lower andupper atmospheres, probably the result of upwardly propagating acoustic orgravity waves.
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