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科学家首次观测到正在消逝的海王星黑暗风暴

漫步宇宙
2018-02-23 09:59:11 阅读:
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海王星上的一场黑暗风暴,其体积曾经一度能够覆盖从波士顿到葡萄牙广泛区域,根据哈勃空间望远镜的观测,目前该黑暗风暴正在衰减,最终可能会彻底消失。

科学家首次观测到正在消逝的海王星黑暗风暴

海王星上这个巨大的、黑暗的风暴,仅是该遥远星球上的一个无常特征。

海王星上的一场黑暗风暴,其体积曾经一度能够覆盖从波士顿到葡萄牙广泛区域,根据哈勃空间望远镜的观测,目前该黑暗风暴正在衰减,最终可能会彻底消失。

美国国家航空航天局(NASA)的“旅行者2号”探测器曾经于1989年在飞行过程中掠过海王星,该探测器在海王星的大气层中观测发现了一个巨大的黑暗风暴。从那时起,科学家就一直在通过哈勃空间望远镜对海王星进行持续观测。他们在观测过程中还发现了很多新的风暴形成。

加州大学伯克利分校的科学家认为,关于海王星巨型风暴的成因目前有两种解释。第一种解释认为,在海王星大气深处,存在一个巨大的高压涡旋系统。这个涡旋系统使得大气深层温暖湿润的甲烷气体上升,当上升到可以使甲烷气体冷凝的高度时形成甲烷的冷凝云,海王星大气上风速随纬度的变化非常大,形成了很多横跨大纬度区域的亮云,将这些云团聚在一起的内在动力就来自于高压漩涡系统。第二种解释认为,海王星大气中存在一个巨大的对流云,能够将底层的甲烷饱和气体抬升到冷凝点的高度。目前为止,科学家还没有给出海王星巨型风暴成因的完整确切解释,研究工作还在继续。

科学家首次观测到正在消逝的海王星黑暗风暴

海王星是太阳系的第八颗行星。图片中的蓝色线条表示的是海王星全部七颗内部卫星的运行轨道。海卫一是非常特殊的卫星,其直径比月球略小,是太阳系中4个拥有大气的卫星之一,它离海王星较近,但却是逆行的。1989年,“旅行者2号”探测器发现它几乎具有行星的一切特征:不仅有行星所有的天气现象,具有类似行星的地貌和内部结构,它的极冠比火星极冠还大,上面的火山也在活动,惊奇的是它还具有只有行星才有的磁场。海卫一在全部七颗内部卫星中,距离海王星的距离最远,体积也最大,海卫一的体积直径为2700千米,而其余六颗内部卫星的体积直径约在20-40千米之间。本图片发布于2013年10月8日。

海王星涡流实际观测结果与理论预测

的情况存在很大不同

NASA的一份声明称,不同于木星上持续了近几个世纪的大红斑(一个存在了至少两个世纪的巨型行星风暴,直径曾大过地球;最近朱诺号的探测结果显示,该风暴正在持续减小,将有可能在未来10到20年里从木星上消失),黑暗风暴在海王星上时断时续地肆虐不过数年时间。目前,研究人员发现,海王星的一个黑暗风暴正在衰减,即将消失。这是人类第一次观测到地外行星风暴的消逝过程。

“从观测结果来看,我们捕捉到了海王星黑暗涡流消逝的过程,但实际观测结果与理论预测的情况存在很大的不同,”本次研究主要作者、加利福尼亚大学伯克利分校科学家迈克尔·王在一份声明中说。科学家在此之前的模拟研究显示,海王星的黑暗风暴涡流会朝着行星的赤道进行漂移,当涡流移动到距离行星赤道很近的时候,涡流将会爆裂并导致大气层出现极为壮观的云团活动爆发。

科学家首次观测到正在消逝的海王星黑暗风暴

海王星内部结构图:其中心(约占整个星球的三分之二)由熔岩、、液氨和甲烷的混合物组成,外层(约占整个星球的三分之一 )是由氢、氦、水和甲烷组成的气体的混合物;甲烷赋予了海王星蓝色的外观。

海王星是太阳系的第八颗行星,该行星拥有厚密的大气层,行星表面经常刮着强烈的大风,其风速在太阳系中首屈一指。

加利福尼亚大学伯克利分校的科学家观测发现,海王星的黑暗风暴涡流并未向行星赤道漂移,而是向着海王星的南极地区移动,并在移动过程中安静地衰退消逝。哈勃空间望远镜于2015年观测发现,风暴涡流长轴约为5000千米,但目前已经衰减为3700千米。

海王星还存在着与黑暗风暴类似的反气旋区域,反气旋在旋转过程中能够将海王星大气层深处的黑暗物质翻卷而出,然后再由环绕海王星的三股暴风流将黑暗物质输送到大气层各处,其中一股暴风流沿赤道向西运动,另外两股暴风流分别在海王星的南北极地区向东运动。

海王星上的这些强烈暴风,其风速在太阳系中排名第一,最高风速能够超过音速。哈勃空间望远镜经过仔细的跟踪观测发现,巨型暴风在海王星上十分普遍。该空间望远镜还将对这些风暴的下一步发展情况进行进一步观测。

海王星巨型暗斑图片的不同颜色

含义及成因

科学家首次观测到正在消逝的海王星黑暗风暴

这是一张海王星的伪彩色图像,蓝色代表位于海王星大气层深处的观测对象,白色代表位于海王星大气层较高位置的观测对象。这张图片是“旅行者2号”探测器的广角照相机拍摄的,在拍摄时,该相机使用了一个橙色滤镜及两个不同的甲烷滤镜。大部分甲烷波长的光线是在海王星大气层深处被吸收的。海王星巨型暗斑的南方存在着一个明亮的白色特征区域,该区域是一块高海拔云团。图片中的明亮白色云团存在着尖锐的内部边界,这个边界并非实际存在的天文现象,而是图片发回地球之后,通过计算机处理形成的。

观测发现,海王星巨型暗斑附近的大气层高海拔位置也存在着一些小型云团,这些云团在图片中呈现白色或粉色。海王星的边缘呈现出淡红色,其原因在于,“旅行者2号”探测器在拍摄图片的时候与海王星处于切向位置,太阳光线在被甲烷吸收之前就被反射回了太空之中。此时的太阳光是斜射进入海王星大气层,阳光通过的大气层比直射时要厚得多,除了红色、橙色之外,其它颜色的光都被散射了,因此图片边缘部分呈现出淡红色。

上图的顶部有一个长窄高海拔云带,该云带位于海王星的北纬25度地区,图片中的海王星赤道及极地地区存在着暗淡的云雾。

“目前仅有哈勃空间望远镜及旅行者号外层星系空间探测器曾经观测过海王星的黑暗风暴漩涡,”迈克尔·王说:“到目前为止,人类发射的太空探测器中,只有哈勃空间望远镜能够为我们提供所需的观测资料及数据,这些资料数据能够帮助我们研究发现,海王星这些惊人的天气系统究竟应属常见?或为罕见?”

海王星上的巨型暗斑是寿命较短

的反气旋风暴

海王星巨型暗斑是海王星上的一系列黑斑之一,其外观与木星的红斑相似。1989年,NASA的旅行者2号空间探测器第一次在海王星观测发现了编号为GDS-89的巨型黑斑。就像木星的斑点一样,巨型暗斑是反气旋风暴。海王星巨型暗斑不像木星的斑点能够持续了几百年,海王星巨型暗斑的寿命较短,每隔几年形成和消散一次。根据“旅行者2号”探测器及哈勃太空望远镜的观测,巨型黑斑GDS-89与地球大小基本相同,外观与木星的大红斑相似。在它周围,测得的风速是每小时2400公里。巨型暗斑是海王星甲烷云团上的一个洞,能够在不同的时间呈现出不同的尺寸和形状。

科学家首次观测到正在消逝的海王星黑暗风暴

“旅行者2号”拍摄的海王星巨型黑斑GDS-89图片

巨型暗斑能够在对流层顶层或低于对流层顶层位置形成大量的白云,这种云团类似于地球上的高海拔卷云。然而,与地球上由冰晶组成的云不同,海王星的卷云是由冻结的甲烷晶体组成。海王星卷云形成速度很快,然后在几个小时的时间内分散。当哈勃太空望远镜于1994年11月再次拍摄照片时,巨型黑斑GDS-89已完全消失,天文学家认为,它已被掩盖或消失,或者可能通过其他未知的机制逐步衰减消散。海王星北半球也存在类似的巨型暗斑。

本次研究结果已于2018年2月15日发表于《天体物理学杂志》。

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