物理科技生物学-PHYICA

富含氨的冰MAMA-098雹为木星的天气提供了新的线索

天文学与空间 2022-02-21 00:01:11

CNRS 中部面积3200×3800公里

可以看到逆时针旋转的白色氨云

在几个地方可以看到比其他地方高出15公里的云(根据它们投射的阴影),特别是在气旋的中上部

这些风暴被认为含有一种特定于木星大气的氨水冰雹(“蘑菇球”),这种冰雹将氨拖到大气深处,并可能解释浅层闪电的存在

学分:美国宇航局/JPL-加州理工学院/SwRI/MSSS/凯文·M

吉尔 朱诺的新结果表明,木星大气中发生的剧烈雷暴可能会形成富含氨的冰雹,或“蘑菇球”,这在木星的大气动力学中起着关键作用

这一理论是由朱诺小组利用朱诺微波辐射计数据开发的,在CNES的支持下,由拉格朗日实验室(CNRS/蓝色天文台/蓝色大学)的一名研究员领导的两份出版物中有所描述

该理论揭示了木星气象学的一些令人困惑的方面,并对巨型行星大气的一般工作方式有所启示

这一发现以及相关发现发表在《自然》和《JGR行星》杂志上的三篇系列文章中

水是行星气象学中的关键物质,被认为在行星的形成中起着关键作用

陆地风暴是由水动力学驱动的,产生的闪电风暴被认为与多相水(固体、液体和气体)共存的区域有关

和在地球上一样,木星的水被雷暴移动

这些被认为是在地球的深层大气中形成的,在可见云层下方约50公里处,那里的温度接近0摄氏度

当这些风暴足够强大时,它们会将水冰晶体带到高层大气中

在第一篇文章中,来自美国和拉博托伊尔·拉格朗日的研究人员提出,当这些晶体与气态氨相互作用时,氨起到防冻作用,将冰变成液体

在木星上和在地球上一样,2/3的水和1/3的氨气的混合物在零下100度的温度下仍然是液态

高高跃入木星大气层的冰晶被氨气融化,形成一种水氨液体,并成为奇异的氨冰雹的种子,研究者称之为“蘑菇球”

较重的糊状球会更深地落到大气中,直到它们到达蒸发点

这种机制将氨和水拖至地球大气层深处

朱诺公司的测量发现,虽然木星赤道附近的氨含量丰富,但它的变化很大,在其他地方通常会耗尽到非常深的压力

在“朱诺”号出现之前,科学家们看到了木星大气中部分氨被耗尽到相对较浅深度的证据,但这从未得到解释

为了解释朱诺号发现氨在木星大部分区域的深度可变性,研究人员开发了一个大气混合模型,该模型在第二篇文章中介绍

在这里,他们表明雷暴的出现和氨水糊状物的形成使深层大气中的氨变干,并解释了朱诺观测到的作为纬度函数的变化

这幅图描绘了“浅闪电”和被称为“蘑菇球”的氨水冰雹的演化过程

“一个铁砧状的雷暴云起源于木星可见云层下方约40英里(65公里)处

在水基湿对流的推动下,云产生强大的上升气流,将液态水和水冰粒子向上移动

大约12英里(19公里)以上,温度非常低,所有的水粒子都变成了冰

仍在上升的冰粒子穿过了位于云上层下方约14英里(23公里)的区域,那里的温度介于零下121华氏度(零下85摄氏度)和零下150华氏度(零下100摄氏度)之间(描绘为绿色散列层)

在这一点上,大气中的氨蒸汽起着防冻剂的作用,融化水冰晶体,将它们转化为氨水液滴,然后生长并聚集成固体冰壳,成为糊状

一旦足够大,这些泥泞的冰雹就会落下,将氨和水输送到木星的深层大气中,在那里糊状物最终蒸发

学分:美国宇航局/JPL-加州理工学院/SwRI/CNRS 在第三篇文章中,研究人员报告了朱诺的一个相机对木星闪电的观察

这些小闪光在云顶上表现为亮点,其大小与它们在木星大气中的深度成正比

与以前只观察深层闪电的任务不同,“朱诺”号离地球很近,能够探测到更小、更浅的闪电

这些闪光来自温度低于-66摄氏度的地区,在这些地区,水不能单独以液态存在

然而,液体的存在被认为是闪电产生过程的关键

“朱诺”号在能产生液态氨水的高度探测到“浅闪电”风暴,这是对木球机制可能确实在木星大气中起作用的观测支持

了解木星和其他尚未探索的巨型行星(如天王星和海王星)的气象,应该能让我们更好地理解太阳系外气态巨行星的行为

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