(图片来源：NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/ Gerald Eichstädt /Seán Doran) 木星无疑是极其不适合居住的，但它也有一点值得关注——越来越多的证据表明它富含水分。美国宇航局戈达德空间飞行中心的天体物理学家 Gordon L. Bjoraker 最近在《天文期刊》上发表了一篇论文，概述了他和他的研究团队如何检测到从木星大红斑发出的水信号。通过地面望远镜研究这颗巨大的风暴，他们能够观察到红外波长的分子氢和氧，这支持了木星实际上可能富含水分的理论。
木星的大红斑
当你想到这颗巨大的气态巨行星时，水可能不是首先想到的东西，但如果你仔细想想，也并非完全不可思议。早在 1973 年，先驱者号宇宙飞船飞掠木星，并检测到一个具有类似地球特征的磁场，这让研究人员想知道这颗气态行星是否有核心，如果有，它是由什么构成的。此后的探测器已经检测到化学元素，表明木星的核心质量可能是地球的 10 倍，并且由岩石物质和水冰组成。我们也曾目睹木星云层中强烈的雷电，据我们所知，只有在有湿气的情况下才会发生。“围绕木星运行的卫星大多是水冰，所以整个周边地区都有大量的水，”Bjoraker 在一份新闻稿中说道。“为什么这颗行星——这个巨大的引力井，一切都落入其中——不会也很富含水分呢？”研究人员认为，直径约 10,000 英里（16,000 公里）、延伸到木星大气层 200 英里（300 公里）的大红斑由三层云组成。顶层是氨，中间层是氨和硫的混合物，第三层是水冰和液态水。为了找到支持这一理论的证据，Bjoraker 和他的研究团队使用了 W.M. Keck 天文台的高功率红外光谱仪以及 NASA 红外望远镜设施的 IShell 1.1-5.3 微米光谱仪的数据。结合这两个仪器，能够探测风暴并在红外波长下检测光线，揭示了哪些化学元素从云层中凸显出来。
这张由“朱诺号”在 2017 年一次飞掠过程中拍摄的彩色增强图像，展示了这颗巨大风暴的近景。(图片来源：NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstad) 他们不仅发现了氨、硫、氢和氧的信号，还检测到了甲烷气体，他们利用甲烷气体来研究云层在大气中的具体位置。由于木星上不够冷，甲烷气体无法结冰，因此它没有机会大量积累，其丰度在整个行星上大致相同。“如果你看到大红斑内外甲烷线的强度有所不同，那不是因为这里的甲烷比那里多，”Bjoraker 说，“而是因为有更厚、更深厚的云层阻挡了大红斑中的辐射。”
NASA 的朱诺号探测器
通过比较大红斑和其他区域释放出的甲烷量，研究小组能够确定最低的云层恰好位于大气中水冰点上方——这表明只要温度允许，就会开始形成富含水分的水蒸气云。根据最深层云层的位置，以及在大红斑中成功发现了预测的元素，研究小组有信心他们找到了富含水分的云，并且木星上的水实际上可能相当丰富。当然，木星大气层以及其假想核心中确切的水量仍然未知。但幸运的是，我们有 NASA 的朱诺号探测器来帮助我们找出答案。自 2016 年 7 月以来一直在木星轨道上运行的朱诺号，正在利用其红外光谱仪和微波辐射计来寻找水及其丰度的迹象。由于朱诺号能够比其他探测器更深入地探测风暴，研究人员希望它能带来类似的结果。了解木星拥有多少水，不仅能为揭示其神秘组成提供线索，还能帮助我们理解太阳系早期，当时行星形成的过程还处于动荡的初期。
