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十年观测解码外太阳系风暴

了解哈勃外行星大气遗产(OPAL)项目对外行星的发现,包括木星、土星、天王星和海王星。

作者:Sam Walters
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外行星(包括木星)的天气充其量是狂暴的,其特征是狂暴的风暴。图片来源:Artsiom P/Shutterstock

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研究太阳系外行星时,没有坚实的地面。字面意思。木星、土星、天王星和海王星都没有坚实的表面,它们实际上由旋转的气体云组成,都有自己的季节和风暴。

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自2014年以来,哈勃外行星大气遗产(OPAL)项目一直在观测这些行星,以追踪它们奇特的天气系统。观测结果表明,这些行星搅动着的云层中存在各种奇特的现象,从木星不断缩小的斑点到土星不断变化的颜色。

美国宇航局戈达德太空飞行中心的行星科学家艾米·西蒙在一份新闻稿中表示:“由于OPAL项目已经持续了10年并且还在继续,我们的行星观测数据库不断增长。”“这些数据的科学价值得到了迄今为止60多篇包含OPAL数据的出版物的强调。”

以下是OPAL项目在其调查十年以来的一些亮点。


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用OPAL观测外太阳系

哈勃太空望远镜于1990年发射后,偶尔充当天气观测员,观测外行星并拍摄它们的季节性变化。

但追踪这些行星的天气很像追踪地球上的天气。如果涉及大量的长期观测会更好。事实上,长期观测对于观测木星、土星、天王星和海王星的天气尤其重要,这些行星的季节过渡时间比地球长得多。

OPAL项目于2014年启动,因此对外行星观测采取了延长的方法,自启动以来每年对木星、土星、天王星和海王星进行一次观测。

西蒙在新闻稿中表示:“这种持久性使得意外发现成为可能,也使得在行星绕太阳运行时追踪长期大气变化成为可能。”


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木星

虽然每颗外行星的季节都持续数年,但木星以微小的轴倾斜自转并绕太阳公转,因此缺乏其他外行星所经历的相同季节变化。但木星不乏天气。

行星大气层中存在大量风暴,包括太阳系中最大的风暴——大红斑(GRS)。哈勃在OPAL项目中追踪了这些风暴,此外还监测了GRS的大小、形状和活动。他们的观测发现GRS的范围存在振荡,短期内会收缩和膨胀,长期内则会大幅缩小。

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土星

另一方面,土星的季节持续约七年,并伴随着行星大气层的显著变化。

通过OPAL项目,哈勃已开始追踪季节变化如何与土星大气层中颜色变化相关联。望远镜也已开始看到更微妙、更短期的颜色变化,这可能与风和云有关。例如,在2018年至2020年期间,望远镜观测到土星中心带的颜色略有变化,亮度增加了约5%到10%。

天王星

OPAL项目还调查了天王星的云层覆盖,那里的季节大约每21年转换一次。

与地球上笼罩城市的烟雾相似,天王星北极覆盖着一层光化学烟雾,由于行星的侧向自转,该区域在42年的阳光照射和42年的阴影之间交替。哈勃多年来一直在研究这种浓度的规模和亮度,尽管大气流动和其他因素如何控制其季节性变化仍不确定。

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海王星

尽管距离太阳最远,体积最小,但最外层的行星也受到了OPAL的严密监视。自项目启动以来,哈勃观察到几场旋转的风暴漂浮在海王星的大气层中,这颗行星的季节长达惊人的40年。该项目记录了一场风暴斑点的消亡,以及另一场风暴的突然诞生和消亡,捕捉到行星天气模式的暂时变化以及季节性变化。

除了这些短暂的风暴之外,海王星的云层覆盖也是OPAL审查的对象,它与太阳活动以及可能的季节活动有关。虽然季节性的其他影响尚不明确,但OPAL有望在未来几年内揭示它们,不仅对海王星,也对其他外行星。


阅读更多:木星大红斑像减压球一样振荡


文章来源

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  • Sam Walters

    Sam Walters 是《发现》杂志的副编辑,负责撰写和编辑关于考古学、古生物学、生态学和进化论等主题的文章,并管理几个印刷杂志版块。

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