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謎樣的大紅斑

在台灣時間7/11約中午12:00,朱諾號飛越木星的大紅斑,拍攝下有史以來、距離大紅斑最近的照片。

木星大紅斑 [0]

  自從17世紀,科學家發現了木星上的大紅斑,就此開啟了無數針對大紅斑的研究,而大紅斑也成為木星最廣為人知的特色之一,但是至今,它的身世仍是個謎。

  木星的大氣主要成分為,大氣層垂直結構由下而上為對流層、平流層、增溫層、散逸層;大紅斑存在於木星赤道約南緯22゜的對流層,但它的雲頂高度比周圍雲層高出約8 km,是一個穩定、巨大的反氣旋風暴,而其直徑是地球直徑的兩倍。

  那麼,反氣旋又是什麼呢?反氣旋是中心氣壓高、周圍氣壓低的高壓系統,氣流自高壓向周圍幅散時,會因為科氏力而產生偏向。以東亞為例,此區天氣多由西伯利亞冷高壓和太平洋高壓的消長來決定,冬天時,西伯利亞冷高壓勢強,反氣旋影響範圍較廣 (圖一、圖二)。



北太平洋西部高壓[1]



冬季的反氣旋[2]



  1830開始,科學家開始持續性觀測木星的大紅斑,而最令人費解的是木星的溫度似乎因為大紅斑而上升了!原先科學家根據木星和太陽的距離(越遠得到的輻射能量越少),以及木星的表面積(表面積越大越容易散熱)預測木星的表面溫度約為930 ℃——當然囉,這是在不考慮木星南北極溫度的狀況下,木星南北極因為有極光,帶電粒子和大氣層摩擦產生的熱能會加熱大氣層,使溫度升高。

  但是在大紅斑上方的大氣層,觀測得到的溫度卻是1330 ℃,比周圍整整高了幾百度。大紅斑又是怎麼加熱大氣層的呢?

  空氣流動時,會和地表接觸、或是和其他氣團相遇,這兩種現象發生時,都會產生熱能。當一團氣體平行地面流動,經過起伏的地表,或是垂直向上流動,與其他氣團相遇時,會產生類似波的形式,形成波峰與波谷(圖四);平行流動產生的波被稱為Atmospheric gravity waves (圖三),而垂直流動產生的被稱為Acoustic waves。原本氣體分子僅是隨著氣團移動,這個現象卻會使氣體分子產生振盪,與周圍分子摩擦、使溫度升高。



Atmospheric gravity waves [3]雲所形成的波峰與波谷[4]  而造成大紅斑溫度較高的原因,科學家推測主要是由垂直流動的Acoustic waves產生的。因為Acoustic waves的能量傳遞是直上直下(圖五),不會把能量傳到大紅斑外部區域;而平行地表流動的Atmospheric gravity waves則傾向將能量傳遞給周圍。



大紅斑的Acoustic waves [5]



  但是這兩種波動形式的傳遞,卻有傳遞距離的限制。如果這個理論是正確的,那就代表在低層大氣與頂層大氣間有一個特殊的能量傳遞機制,否則照理來說,這兩種波是無法傳遞這麼遠的。而這種傳遞機制,也有可能發生在其他行星當中。

  如今,朱諾號正在木星軌道上,探測木星的組成和結構,提供更多木星的資訊,讓我們逐步解開木星之謎。



 



原始資料:

https://www.space.com/37438-juno-flying-over-jupiter-great-red-spot.html https://www.space.com/33551-jupiter-heats-up-great-red-spot.html



參考資料:

http://news.ltn.com.tw/news/world/breakingnews/2130378

https://www.metabunk.org/contrails-gravity-waves-and-haarp.t1368/

http://www.ntdtv.com/xtr/b5/2016/08/01/a1278712.html

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%9C%A8%E6%98%9F%E5%A4%A7%E6%B0%A3%E5%B1%A4



圖片來源:

[0] http://www.astronomy.com.cn/bbs/thread-179956-1-1.html

[1] http://web.fg.tp.edu.tw/~earth/learn/esf/magazine/980302.htm

[2] http://mail.tlsh.tp.edu.tw/~t127/chinaclimate/a.html

[3] http://www.mountain-wave-project.com/index-1.html

[4] http://blog.weatherflow.com/gravity-waves-over-new-hampshirevermont/

[5] https://www.space.com/33551-jupiter-heats-up-great-red-spot.html

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