40年的研究发现木星温度的神秘模式

部分基于NASA几代任务的数据，包括NASA的航海者号和卡西尼号，这项工作可以帮助科学家确定如何预测木星上的天气。科学家们已经完成了有史以来最长的跟踪木星上层对流层温度的研究，该大气层是这颗巨大行星的天气发生的地方，也是它标志性的彩色条纹云形成的地方。

这项工作通过将NASA航天器和地面望远镜观测的数据拼接在一起进行了40多年，发现了木星带和区域的温度如何随时间变化的意想不到的模式。这项研究是朝着更好地了解是什么驱动我们太阳系最大行星的天气并最终能够预测它迈出的重要一步。

木星的对流层与地球有很多共同点：它是云层形成和风暴搅动的地方。要了解这种天气活动，科学家需要研究某些特性，包括风、压力、湿度和温度。自1970年代NASA的先驱者10和11任务以来，他们就知道，一般来说，较冷的温度与木星较浅和较白的带(称为区域)有关，而较暗的棕红色带(称为带)是较暖的位置温度。

但是没有足够的数据集来了解温度在长期内的变化情况。这项新研究于12月19日发表在《自然天文学》(NatureAstronomy)杂志上，它通过研究从大气较温暖区域升起的明亮红外光(人眼不可见)的图像，直接测量彩色云层上方木星的温度，开创了先河。科学家们在木星绕太阳的三个轨道上定期收集这些图像，每个轨道持续12个地球年。

在这个过程中，他们发现木星的温度会按照一定的周期上升和下降，这些周期与季节或科学家所知的任何其他周期无关。因为木星有淡季——与地球的23.5度相比，这颗行星在其轴上仅倾斜3度——科学家们没有预料到木星上的温度会以如此规律的周期变化。

该研究还揭示了相距数千英里的地区温度变化之间的神秘联系：随着温度在北半球特定纬度上升，它们在南半球相同纬度下降——就像赤道上的镜像。

“这是最令人惊讶的，”美国宇航局喷气推进实验室的高级研究科学家，该研究的主要作者格伦奥顿说。“我们发现了在非常遥远的纬度上温度如何变化之间的联系。这类似于我们在地球上看到的一种现象，一个地区的天气和气候模式会对其他地方的天气产生显着影响，变化模式似乎“遥相关”’穿过大气层跨越很远的距离。”

下一个挑战是找出是什么导致了这些周期性的、看似同步的变化。

“我们现在已经解决了难题的一部分，那就是大气层显示出这些自然循环，”英国莱斯特大学的共同作者LeighFletcher说。“要了解是什么驱动了这些模式以及它们为什么会在这些特定的时间尺度上发生，我们需要探索云层之上和之下。”

一种可能的解释在赤道变得明显：研究作者发现，在平流层更高处的温度变化似乎以一种与对流层温度变化相反的模式上升和下降，这表明平流层的变化会影响变化在对流层，反之亦然。

数十年的观察

Orton和他的同事于1978年开始了这项研究。在他们的研究期间，他们每年会写几次提案，以赢得世界各地三台大型望远镜的观测时间：智利的甚大望远镜和NASA的红外望远镜设施以及夏威夷Maunakea天文台的Subaru望远镜。

在研究的头二十年里，奥顿和他的队友轮流前往这些天文台，收集温度信息，最终让他们能够将这些点联系起来。(到2000年代初，一些望远镜工作可以远程完成。)

然后是困难的部分——结合数年来自多个望远镜和科学仪器的观测值来寻找模式。与这些资深科学家一起进行长期研究的还有几名本科生实习生，他们在研究开始时都还没有出生。他们是加州帕萨迪纳加州理工学院的学生;加利福尼亚州波莫纳的CalPolyPomona;俄亥俄州哥伦布市的俄亥俄州立大学;和马萨诸塞州韦尔斯利的韦尔斯利学院。

科学家们希望这项研究能够帮助他们最终能够预测木星上的天气，因为他们对木星有了更详细的了解。这项研究可能有助于气候建模，通过计算机模拟温度循环及其如何影响天气——不仅对木星，而且对我们太阳系及以外的所有巨行星。

弗莱彻说：“如果我们能够将木星大气层中的因果关系联系起来，那么随着时间的推移测量这些温度变化和周期是朝着最终获得全面的木星天气预报迈出的一步。”“而更大的问题是，我们是否有朝一日可以将其扩展到其他巨行星，看看是否会出现类似的模式。”