【博科园–科学科普（关注“博科园”看更多）】几个世纪以来，天文学家一直在观察木星旋转的表面，并对它的外观感到敬畏和困惑。直到1995年，伽利略号探测器到达木星，并开始深入研究其大气层时，这个谜团才变得更加神秘。从那时起天文学家就对它的彩色条纹感到困惑，并怀疑它们是否只是表面现象，或者更深层的现象。
木星色彩斑斓的条纹是绵延数千公里的云带。图片信息及版权：NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill
多亏了自2016年7月以来一直绕木星运行的“朱诺号”(Juno)航天器，科学家们现在更接近于回答这个问题了。在过去的一周里，有三项新的研究发表在《朱诺数据》上，这些数据显示了木星磁场的新发现，它的内部旋转，以及它的带延伸的深度。所有这些发现都在修正科学家对木星大气层及其内部层的看法。
这项研究的题目是“木星的非对称重力场的测量”，“木星的大气喷射流延伸数千公里”和“对木星深层内部的差异旋转的抑制”，所有这些都在2018年3月7日发表在《自然》杂志上。这些研究由罗马萨皮恩扎大学的卢西亚诺·伊斯教授和魏茨曼科学研究所的伊莱·加兰蒂教授和维兹曼科学研究所的伊莱·加兰蒂教授领导。
朱诺于2017年12月16日飞越木星的南极。图片信息及版权：NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/David Marriott
这项研究是由卡斯皮教授和加兰蒂博士领导的，他们是第二项研究的主要作者，同时也是其他两项研究的合著者。这对夫妇甚至在2011年“朱诺”号发射之前就已经准备好进行这种分析，在此期间建立了数学工具来分析引力场数据，并更好地掌握木星的大气层及其动力学。这三项研究都是基于朱诺收集的数据，因为它每53天从木星的一个极点传到另一个北极，这是一种被称为“perijove”的操作。通过每一关探测器使用先进的仪器来观察大气层的表层之下。此外探测器发射的无线电波被测量，以确定它们是如何被行星的引力场以每一个轨道移动的。
天文学家已经了解了一段时间，木星的喷射流从东到西，从西到东。在这个过程中破坏了地球上的均匀分布。通过测量地球重力场的变化(以及由此造成的质量不平衡)，卡斯皮博士和加兰蒂博士的分析工具能够计算出风暴在地表下的深度和内部动力是什么样的。最重要的是，研究小组希望发现异常现象，因为地球偏离了一个完美的球体——这是由于它的快速旋转会轻微地挤压它。然而也在寻找其他的异常现象，因为大气中存在着强大的风。
这张来自朱诺的照片，只在可见光下拍摄到了南极。为什么南北两极如此相似，却有不同数量的气旋，这是一个谜。图片信息及版权：NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Betsy Asher Hall/Gervasio Robles
在第一项研究中，Iess博士和他的同事们使用了精确的多普勒追踪的“朱诺号”探测器，对木星的重力谐波进行了测量，这两种方法都是很奇怪的。他们所确定的是木星的磁场有南北的不对称性，这表明了大气中的内部流动。在第二项研究中，对这种不对称性进行了分析。在卡斯皮博士的研究中，Galanti博士和他们的同事们利用地球重力场的变化来计算出木星东西射流的深度。通过测量这些喷射物如何导致木星重力场的不平衡，甚至扰乱了地球的质量，得出结论它们延伸到3000千米(1864英里)的深度。
从这一切中Guillot教授和他的同事们进行了第三次研究，他们使用了之前关于地球引力场和急流的发现，并将结果与室内模型的预测进行了比较。由此他们确定行星的内部旋转几乎就像一个刚体，而不同的旋转会下降得更远。此外大气流动区域扩展到2000公里(1243英里)和3500公里(2175英里)之间，这与从奇异的重力谐波得到的约束是一致的。这个深度也对应于电导率会变得足够大，以至于磁阻会抑制微分旋转。
根据他们的发现，研究小组还计算出木星大气占总质量的1%。相比之下地球的大气层还不到总质量的百万分之一。不过正如卡斯皮博士在威兹曼研究所(Weizzmann Institute)的新闻稿中所解释的那样，这相当令人吃惊：这比任何人想的都要多，而且比太阳系其他行星所知道的还要多。那基本上是一个质量等于三个地球以每秒几十米的速度运动。总之这些研究为木星的大气动力学和内部结构提供了新的线索。目前，木星核心的主体仍未解决。但研究人员希望分析朱诺的进一步测量结果，以确定木星是否有一个固态核(如果是的话)，以确定它的质量。
这反过来将帮助天文学家了解太阳系的历史和形成。此外Kaspi和Galanti正试图利用他们开发的一些相同的方法来描述木星的喷射流来处理其最标志性的特征——木星的大红斑。除了确定这场风暴有多深，他们还希望了解为什么这场风暴持续了这么多世纪，以及为什么它近年来显著萎缩。朱诺号的任务预计将在2018年7月完成。除非有任何的扩展，探测器将在运行了perijove 14之后，对木星的大气层进行控制。然而即使在任务结束后，科学家们仍将分析其多年来收集的数据。这揭示了太阳系最大的行星，也将对揭示太阳系的理解大有帮助。
