ALMA望远镜发现木星平流层中激荡的急流

由波尔多天体物理学研究所的Thibault Cavalié所率领的研究团队，利用ALMA望远镜（全称Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array，译为“阿塔卡玛毫米/亚毫米波阵列望远镜”），成功测算出木星平流层的风速。通过分析1994年苏梅克－列维9号彗星与木星相撞的余波，发现木星两极存在时速将近1450公里的强风。该研究团队将此现象形容为“太阳系中也罕见的气象巨兽”。

位于木星极圈平流层的急流的想象图。蓝色线条表示风速。

木星照片由NASA木星探测器朱诺号拍摄。

图片来源：ESO/L. Calçada & NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

白褐相间的条纹是木星最引人瞩目的特征，那片区域存在着云。一直以来，天文学家们都通过云的运动来研究木星下层大气的风。另一方面，在木星极圈可见的极光，则被认为与木星上层大气中的强风相关联。然而，在上下层大气之间，针对平流层的风，却一直缺少研究线索。

平流层中没有云，因而缺少“看见”风的手段，这是研究平流层的风的难点。天文学家们另辟蹊径，盯上了1994年撞上木星的苏梅克－列维9号彗星。当时的天地大冲撞，给木星带来了一些独特的分子，而这些分子至今仍随风飘荡在木星的平流层。

氰化氢分子（HCN）便是其中之一。Cavalié等人利用ALMA望远镜观测氰化氢分子所发出的电磁波，成功测出木星上的“急流”。木星的急流与地球大气的急流相类似，是一种狭窄强风带。发出电磁波的分子在移动时，其电磁波的频率会产生微小的变化。通过多普勒效应的计算，可测定木星急流中飘荡的氰化氢分子的移动速度。

“此次研究最棒的成果在于，我们发现了木星极圈的极光之下秒速高达400米的强劲急流”， Cavalié评价道。秒速400米，相当于时速1450公里，如此强劲的风速，相当于木星大红斑最大风速的两倍以上，比地球上最强的龙卷风要快上3倍。

波尔多天体物理学研究所的Bilal Benmahi指出：“研究结果表明，木星急流形成了一个足有4个地球大小，高度达900公里的巨大漩涡。” Cavalié将其生动地形容为“太阳系中罕见的气象巨兽。

木星极圈有强风存在的现象一直广为人知，但本次研究对象的高度要与之相比要低数百公里。根据以往的研究，高层大气中的强风速度会随着高度的降低而降低，到平流层时已接近消失。此次ALMA望远镜的观测结果颠覆了这一观念，震惊学界。

此次研究的发现不止于极圈急流，在木星赤道的平流层中也发现了强风的存在，风速达600公里/小时。

ALMA望远镜用来观测的时间，包括极圈和赤道仅用了30分钟。“如此之短的时间内能够得到这般结果，充分展现了ALMA望远镜的威力。能够成为首批直接观测到木星急流的人，我受宠若惊。”美国西南研究院（Southwest Research Institute®, SwRI）的托马斯·格雷特豪斯（Thomas Greathouse）说到。

“这次ALMA望远镜的观测结果，为木星研究打开了一扇新的大门。几个月前这还是难以想象的。”Cavalié说到。“这个成果，一定能成为木星冰月探测器（JUICE）及其搭载的亚毫米波观测仪进行进一步观测的基础。” 格雷特豪斯的话语中充满了对明年发射的探测器的期待。

参考文献

此观测成果，以Thibault Cavalié et al. “First direct measurement of auroral and equatorial jets in the stratosphere of Jupiter”为题，于2021年3月18日发表在欧洲天文期刊《天文与天体物理学报》（Astronomy and Astrophysics）上。

来源：牧夫天文