[科普中国]-木星大红斑

形态特征

木星大气层中的大红斑是一团激烈的沿逆时针方向运动的下沉气流，这个气流物质中含有大量的红磷化物，所以呈深褐色。

这个大红斑的位置并不是固定不变的，而是在不断地移动。木星的大红斑大致位于南纬23°处，它的南北宽度经常保持在14000千米，东西方向上的长度在不同时期有所变化，最长时达40000千米左右，一般长度在20000～30000千米。

在大红斑中心部分有个小颗粒，是大红斑的核，其大小约几百公里。这个核在周围的反时针漩涡运动中维持不动。大红斑的寿命很长，可维持几百年或更长久。

根据观测结果显示，科学家发现木星大红斑中红色最明显的区域印证了冷风暴系统内部存在热核心的理论；而观测图像中风暴边缘深色的线条显示出风暴爆发所释放出的气体正在向星球的内部漫延。

观测历史早期发现一般认为，第一位看见大红斑的人可能是罗伯特·虎克，他在1664年描述木星上的这个斑点；然而，虎克所描述的斑点却在不同的区带上（北赤道区，但位置在南赤道带）。

1665年，法国天文学家发现木星有一条大红斑并把它绘制成图，终于引起了国际天文学界的注意，此后，至1713年，这条大红斑在可见光的波段下断断续续的被观测着。

从17世纪被发现之后，到1830年有长达118年的空白没有被观测的纪录。原来的斑点是否消散并改变重组了，是否退了色，或者只是简单的观测上的贫乏，都无从得知。

当前对大红斑的第一笔记录始自1830年代之后。1878年，一位天文学家在观测木星时再次发现了这个大红斑，此后，人们开始了对它接连地观测。

卫星探测在1979年2月25日，当旅行者1号太空船以920万公里的距离掠过木星时，首度将大红斑清晰的影像传送回地球，可以看清楚160公里大小的横断面。西边有着五颜六色、波浪般的云彩模式，是大红斑活跃的区域，那里被观察到有非常复杂和多变的云彩运动。

1973年12月3日，为探明木星真相，美国发射了无人勘测器——先锋10号。经过1年零9个月的宇宙飞行，“先锋10号”终于来到了木星附近，并拍摄到了木星外形的彩色照片发回地球。这些照片让人们清楚地看到了木星上的大红斑。

2011年9月，智利和夏威夷的天文台传回珍贵的观测资料，供加州“喷射推进实验室”(the Jet Propulsion Laboratory)解析研究。资深科学家欧尔顿(Glenn Orton)表示，这是他们第一次深入观察太阳系最大的风暴。原本他们以为‘大红斑’只是一个历史悠久但平凡无奇的椭圆形气体，但新观测数据显示，其实它的结构非常复杂。

据日本《东京新闻》5月16日报道，美国航空航天局(NASA)及欧洲航天局(ESA)15日发布了对木星表面的“大红斑”的观测结果。哈勃天文望远镜4月观测结果表明，每年都在缩小的“大红斑”的宽度，已达到记载以来最小的16500千米。

据了解，木星“大红斑”是由氨和甲烷气体云构成的巨大漩涡，过去曾达到三个地球并排排列的宽度，如今已缩小约一个地球(直径约12700千米)多。研究者称，这是周围的小漩涡相互作用导致其内部构造改变造成的。有业余天文爱好者的观测也表明，“大红斑”的缩小速度正在加快。（原标题：《哈勃望远镜拍摄到木星“大红斑”缩小影像》）

据美国宇航局太空网报道，在地球上，飓风可在几天内形成和消失不见。然而在木星上，暴风可一直持续几年甚至几个世纪。木星上的“大红斑”已经持续至少300年，它是一个巨大的反气旋暴风，直径是地球的两倍。不过现在木星上的所有暴风的根源——这个“大红斑”正在慢慢缩小。1

科学研究成因猜测意大利的天文学家卡西尼指出，大红斑是木星大气的形态，就像地球空中的云彩。卡西尼利用这个大红斑准确地测量出木星自转的周期、人们还在观测中发现，大红斑的颜色有时很浓，有时较淡，淡得人们只能隐约看到它的轮廓。大红斑在纬度方向上还有漂移运动，因此大红斑不是固态的物质。

2013年11月18日，哈佛大学和加州大学伯克利分校研究人员发现木星大红斑的形成和能量补充机制，认为垂直方向上的能量补充非常重要，是大红斑不消失的原因。2

气流翻腾

木星是太阳系中自转速度最快的行星，这使大气中的云被拉成长条形状，共形成了17条云带。云带中亮的部分称作“带”，暗的部分称作“带纹”。从探测器拍下的照片看，大气中的云剧烈翻转，在翻腾的云中有一个显著的大红斑。大红斑乘着大气中上升的气流，沿逆时针方向大约6个地球日旋转一周。接受来自周围气流流动形成的能量，并且很好地保持能量平衡的状态。

热量喷射

科学家们早已知道木星周围有一层很厚的大气，由氧、氦、甲烷、氨气等物质构成。但是从木星探测器所发回的资料来推测，木星的内部温度很高，从中散发出来的热量为从太阳光中吸收的热量的2.5倍。

所以有的科学家就据此推测，大红斑可能就是木星内部温度最高的部分呈柱状的旋涡不断朝外喷射的地方。大红斑喷出之后，柱状的旋涡与大气中的甲烷、氨等物质产生化合作用，从而形成了橘红色的物质团—大红斑。

气旋风暴

“先驱者”和“旅行者”探测器的探测结果表明，大红斑是一个庞大的气旋风暴，类似于地球上的台风，也类似火星上的尘暴，但它的规模要大得多，持续时间也长得多。除了大红斑之外，木星上还存在一些小红斑。

温度上升

科学家格林·奥尔顿(Glenn Orton)领导一个科学研究小组发现了迄今为止太阳系中规模最大的一次红斑爆发现象。奥尔顿表示：“我们之前一直认为木星大红斑只有一个简单的椭圆体结构，但是这次最新的研究成果显示其内部的结构体系其实非常复杂，”

奥尔顿表示，这次所得到的观测结果让人类第一次了解了木星大红斑爆发过程中一系列的细节变化，与此同时，科学家们也据此认为这个太阳系中最著名的风暴系统存在一种“环流模式”。

数百年来，向往宇宙的科学家们已经对木星大红斑进行了无数次的观测，对于其结构的连续观测可以追溯到19世纪。

科学家这次能得到最新的木星大红斑热成像图要“归功”于欧洲南方天文台(ESO)安装在智利境内的大型天文望远镜和同样安装在智利境内的8米双子南座望远镜，以及日本国家天文台安装在夏威夷的昴星望远镜。20世纪90年代初期，美国航空航天局的伽利略号宇宙飞船曾经向地球发回过有关木星大红斑的图片，而这一次科学家获得的图像无论在清晰度还是在覆盖范围上都大大超越了伽利略号所发回的图片数据。

欧洲南方天文台在其大型天文望远镜上安装了一种名叫VISIR的装置，这种装置可以帮助天文学家准确地测量出了风暴周围的温度、悬浮颗粒以及氨气含量，其中每一项参数都能够告诉我们在风暴内部的天气以及环流模式的变化科学家利用这次最新得到的数据与以往利用VISIR所观测到的数据进行结合，最终揭开了即使在遇到乱流、气候剧变以及遭遇反气旋之后，风暴内部依然能够保持稳定的奥秘，

另一位参与此项研究的科学家利?费来彻(Leigh Fletcher)表示：“让我们感到惊讶的是――图片上橙红色区域的温度要比周围高出三到四摄氏度。”费来彻所指出的这种温度的差异并不多见，但是其已经足够引起风暴中心的气流进行顺时针方向的环流运动。在木星的其他区域，这种温度的差异可以影响风速以及云团造型的变化。

费来彻表示：“通过这次研究，我们第一次了解到环境(包括温度、风速、气压等等)与木星大红斑颜色的变化有着密切的联系。我们还不能确切地知道究竟是何种原因导致风暴内部颜色的差异，但是能确定的是这与周围环境的变化有很大的关系，3

能量来源

哈佛大学和加州大学伯克利分校的科学家通过研究发现木星的大红斑之谜可以解释为不寻常运动的气旋，其中气流的垂直运动是大红斑无法消失的一个重要原因，科学家此前认为大红斑最终将会消失，但是这一情况已经持续数百年之久。通过对木星大气循环的研究，研究人员也可以解释地球上形成的漩涡，该现象可以维持数年之久，其中的机理与太阳系内天体的极端气旋运动相类似。木星的大红斑位于赤道附近，外表上看似乎是一个非常稳定的超级漩涡。

木星大红斑直径巨大，可以装下3个地球，其形状可发生一些变化，大红斑可以一直持续并长达数百年之久，必然有另一种补充能量的机制，使得这个超级气旋可以继续维持下去，否则根据我们现有的流体动力学理论，大红斑会本应该在几个世纪前就逐渐失去能量消失。从地球上台风或者飓风形成理论上看，超级气旋维持需要能量介入，移动过程、风以及辐射热量都会降低系统能量，木星大气中的垂直流可吸引热气体从大红斑的上方对系统注入能量，冷气体则中下方进入风暴中心区域。

流体动力学教授菲利普·马库斯使用了计算机模型对垂直流和涡流进行了研究，在过去的调查中，科学家忽视了垂直流的作用，因为那时他们认为这并不是主要因素，或者他们使用了更加简单的方程，所以没有发现大红斑的能量补充之谜。有一些科学家认为大红斑是通过一些小的气旋来补充系统能量，但计算机模型表明这些能量还不足以维持大红斑的存在。

木星大气是太阳系中最大的行星大气环境，由氢和氦组成，大气中还拥有数以百计的气旋漩涡，大红斑就是其中一个持久性最强的反气旋。本项研究成果发表在美国物理学会流体动力学分会2013年11月25日举行的年度会议上。

巨大眼睛

这张照片可以清楚地看到大红斑在木星上的位置，其大小能够容纳数个地球，地球的体积差不多如木星的卫星在大红斑上留下的影子大小。

10月30日消息，据媒体报道，美国宇航局公布了哈勃望远镜拍摄到木星大红斑的最新照片，如同一个巨大的眼睛正在“盯着你”看。图中显示了木星大红斑内出现了一个黑圈，犹如眼睛的瞳孔及虹膜部分，巨大的眼睛似乎是在直视哈勃太空望远镜。对此美国宇航局认为大红斑中的黑色部分其实是木星卫星的投影，由于曝光期间木星的一颗卫星进入了大红斑附近，看上去像是人类的眼睛，

美国宇航局卡西尼土星探测器拍摄到土星北极的奇怪云层，中央出现了一个巨大的漩涡，这个气旋几乎占据了整个土星极区，风暴内的风速高达每小时200英里，与高速列车的速度相当，横跨2万英里，大约为3.2万公里，是地球直径的两倍。

色差猜测探测表明，大红斑的形状没有太大变化，一般呈椭圆形，就像木星上长着的一只眼睛。但大红斑的颜色却常有变化，有时鲜红鲜红的，有时又略带棕色或淡玫瑰色。

日前，日本国家天文台最新观测结果显示，木星表面神秘“大红斑”风暴开始变白，其面积相当于地球的两倍。

据国外媒体报道，目前，太阳最大风暴红外线图像中显示木星“大红斑”开始变白，这个巨大风暴被认为寿命可达到300-400年，风速达到每小时数百公里，面积相当于两个地球大小。

该风暴呈现出一个深红椭圆结构被白色、黄色、橙色漩涡层包裹着，红外线图像可透过气体和灰尘以可见光图像呈现出来，这张照片是由日本国家天文台发布的，同时，照片中还有木星的卫星。木卫三位于照片右上角，呈现出3色斑点结构。

这张照片是斯巴鲁望远镜上安装的相机拍摄的，据悉，木星“大红斑”令科学家们迷惑不解多年，这个巨大风暴的形成原因仍是一个未解谜团。美国宇航局指出，“大红斑”很可能是简单化学物质被木星高层大气中阳光照射分解所致。

这一最新观测结果反驳了其它关于大红斑彩色起源的主流理论，一些专家认为大红斑的红色化学物质来自于木星云层之下。4

云量因素

色彩的变化与云层的高度有关：最低处为蓝色，跟着是棕色与白色，最高处为红色。我们通过高处云层的缺口才能看到低处的云层。

物质差异

木星表面云层的多彩可能是由大气中化学成分的微妙差异及其作用造成的，可能其中混入了硫的混合物，造就了五彩缤纷的视觉效果，但是其详情仍无法知晓。

科学推导

红外线的观察加上对它自转趋势的推导显示大红斑是一个高压区，那里的云层顶端比周围地区特别高，也特别冷。类似的情况在土星和海王星上也有。还不清楚为什么这类结构能持续那么长的一段时间了。

木星大红斑释放神秘能量美国波士顿大学太空物理研究中心科学家近日发表最新研究成果认为，木星大红斑可能会释放出某种神秘的能量，从而不断加热木星上层大气层。照射到地球上的有效太阳光线可以加热陆地上空大气层，其热量甚至会影响到402千米外的太空，比如国际空间站轨道。木星与太阳的距离虽然要五倍于地球，但它的上层大气层仍然有温度，而且平均温度相当于地球大气层相应层次的温度。尽管许多科学家一直在致力于研究太阳系外层空间，但他们对这种可以提供额外热量的非太阳能的能量来源仍然感到迷惑不解。该研究项目主要负责人、美国波士顿大学太空物理研究中心科学家詹姆斯·奥多诺休介绍说，“我们首先排除从上方加热的太阳能，然后通过观测绘制出整个行星上空的热量分布，从而寻找任何温度异常现象。或许可以从中找到这种能量来源的线索。”通过观测行星所释放出的非可见的红外线，天文学家可以测量出该行星的温度。所看到的木星可见云层顶部大约位于木星上空她48千米处．而波士顿大学研究团队所测量到的红外线却比这一高度高出805千米。研究人员发现，如此高的高空，其温度却比预像中要高出许多。奥多诺休介绍说，“我们马上发现，高空中的最高温度区域恰恰位于大红斑上空。这或许就是一个重要的线索。”木星大红斑是太阳系的奇迹之一，发现于17世纪伽利略发明望远镜不久后的几年内。大红斑是由有色气体形成的旋涡状图案，它也被称为“永久性飓风”。在过去数世纪中．大红斑的大小和颜色经常发生变化，其跨度相当于三个地球直径的长度，根据其旋转速度．涡状气流约6天旋转一周。木星本身自转只需10个小时即可完成一次自转。研究团队成员、波士顿大学太空物理研究中心科学家卢克·摩尔博士认为，“大红斑可能就是极好的能量来源，可以加热木星上层大气层。但我们还没有确切的证据。证明它能够对高海拔空间的大气层产生实际影响。”研究人员指出，木星可见光环之上的高空出现不同寻常的高温，这种现象可能并非太阳系独有的。不仅仅太阳系内的土星、天王星和海王星存在这种现象，也许在太阳系外的所有巨型系外行星都存在这种现象5。