木星 | | 比地球还大的风暴席卷太阳系巨人

形成木星条纹的风会向云层下延伸多深？

木星的条纹并不是云层静止排列形成的图案。方向相反的强劲东西风，把明亮的区带和暗色的条带分隔开来。朱诺号探测器的重力测量结果显示，这些风会从可见云层向下延伸约3,000公里。

照片中的条纹，是木星大气最外侧的云层。木星没有可供人站立的固体表面，因此探测研究以云顶作为深度的基准。所以，“云层下3,000公里”并不是说条纹的颜色一直延续到那里，而是说形成条纹的风仍会在这一深度流动。

木星是太阳系中自转最快的行星。内部上升的热量使大气气体向上运动，冷却后的气体则再次下沉。快速自转的影响加入后，原本向南或向北的气流会转向东方或西方。方向相反的急流并排分布，从而形成漫长的条带。不过，这些急流最初如何产生，又为何能长期维持，仍有一些问题尚未解开。

朱诺号并不只拍摄云层。它用微波仪器探测云层下方的氨和温度，还通过与地球往返的无线电信号测量探测器速度极其微小的变化。深处的风会稍稍移动木星内部的质量，在重力中留下痕迹。研究人员通过计算这些痕迹，得出急流会延伸至云层下约3,000公里的结论。

大红斑是一场巨大的高压风暴，至少从19世纪30年代起就一直有人观测。它虽然延续了很长时间，却并非始终保持同一副模样。比较不同时期的观测可以看到，它的宽度逐渐缩小，轮廓和颜色也不断变化。大红斑不是固定在木星上的斑痕，而是至今仍在演变的天气。

朱诺号的微波仪器追踪了大红斑下方的温度结构，据此把风暴深度估算为约300公里。在另几次近距离飞掠中，探测器还测量了大红斑引起的细微重力变化。分析这些数据的研究人员认为，风暴造成的质量分布差异不会延伸到云层下约500公里以深。大红斑远比地球海洋深，却比向下延伸约3,000公里的急流浅。

木星两极呈现的是另一番景象。北极有8个巨型气旋环绕中央风暴，南极则有5个。过去从地球侧面观察木星时，很难看清极区；朱诺号从南北两极上空飞过，才首次详细拍下这种排列。这些巨大风暴为何能长期保持彼此间距，目前仍在研究之中。

木星照片中的条纹和大红斑，并不是刻在表面上的花纹，而是沿不同方向、在不同深度流动的大气于某一刻呈现的模样。

越深入木星内部，压力和温度就越高，氢的性质也随之改变。在外层，氢像气体一样运动；到了更深处，它的流动更接近液体，并转变为能够导电的金属氢。这里没有一道清楚的底面把气体和液体分开。从我们看到的云层直到中心，物质状态会逐渐变化。

朱诺号近距离飞过木星时，会精确测量探测器加速和减速的程度。如果木星内部的质量分布不均匀，它对探测器的引力也会因位置不同而产生极其细微的变化。通过计算这些变化，研究人员可以推测重元素集中在内部的哪些区域。

测量结果显示，组成岩石和冰的物质可能并非只聚集在中心，形成一个又小又坚硬的球体。一部分重元素或许与周围的氢大范围混合，使核心和外层之间的边界变得模糊。研究人员把这种结构称为“稀释核”或“模糊核”。这并不是说木星没有核心，而是说明它的中央区域比教科书中的简单分层结构更复杂。

木星的内部结构不是直接拍摄到的剖面。研究人员要用模型同时解释重力场、磁场和大气成分，因此对于核心大小和重元素分布，目前仍存在多种解释。

木星深处的金属氢能够导电。当木星快速自转时，这种物质随之运动，像一台巨大的发电机一样产生电流和磁场。朱诺号的测量显示，木星磁场并不像一根条形磁铁那么简单，各区域的强度和方向差异很大。

强大的磁场会俘获带电粒子，在木星周围形成危险的辐射带。为了避免长时间穿行其中，朱诺号沿一条狭长轨道飞行：先远离木星，再从南北两极上空短暂接近。它的电子设备被保护在厚重的钛制舱体内。这条特殊的飞行路线，使朱诺号既能观察极区风暴，也能在同一次近距离飞掠中测量重力和磁场。

在木星照片中看到明亮区带和暗色条带时，如果把它们看作固体表面的颜色，就会忽略木星的大气运动。条带边界两侧的风向彼此相反，大红斑的大小和形状也随时间变化。不同照片中的云层模样各不相同，正说明木星是一个持续变化的大气世界。

朱诺号没有用相机直接照亮云层之下，而是收集了微波、重力和磁场这三类不同线索。它们共同揭示：形成条纹的风深入数千公里，大红斑比这些急流浅，而重元素可能广泛混合在中央区域。学会读懂木星的外观，也就是在了解我们看不见的内部。