木星的大红斑：你需要知道的一切

独孤一山隙

木星的大红斑是太阳系中最大的风暴(图片来源:MARK GARLICK/科学图片库via Getty Images)

（）据美国太空网（Rebecca Sohn）：大红斑是木星上一个持续时间很长的高压区域，会产生持续的风暴。

它位于木星的南半球，是我们太阳系中最大的风暴，在木星表面呈现为一个巨大的红斑。它已经存在了150年，根据美国宇航局的说法，可能更久。

根据美国物理学会的说法，这个点可能是由英国科学家罗伯特·胡克在1664年发现的，或者是由意大利天文学家乔凡尼·卡西尼在1665年发现的。有可能一个或两个人都观察到了木星的一个卫星的影子或不同的点。1831年出现了木星上一个类似于现代斑点的红色斑点的插图，自1878年美国天文学家C.W .普里切特重新发现该斑点以来，该斑点一直被观察到。

大红斑是一种反气旋风暴，这种风暴也发生在地球和其他星球的高压区域。根据行星的说法，它大约每六天逆时针旋转一次，并产生高达580英里/小时(933公里/小时)的风力。

是怎么形成的？

在地球上，当高气压导致较高海拔的冷空气被迫下降时，反气旋风暴就产生了。它们是典型的高压系统，通常与寒冷天气有关。它们还会产生超级单体风暴，这是一种罕见的雷暴，可以产生反气旋龙卷风。

根据行星协会的说法，尽管科学家们知道这些风暴是如何在地球上形成的，但没有人确切知道大红斑是如何或何时形成的。

也不完全清楚为什么它如此长寿，尽管科学家有几种猜测。据知情人士透露，一种假设是它被困在两股反向流动的喷射流之间，这两股喷射流的作用就像两条传送带，使大红斑在两侧旋转。另一个原因是，风暴内部垂直的冷热气流有助于保持它的活力。据JStor Daily报道，木星长寿的一个重要因素是，作为一颗气体行星，木星没有表面，因此没有摩擦来减缓风暴。



这张木星大红斑的增强彩色图像是由公民科学家杰森·梅杰利用美国宇航局朱诺飞船上的朱诺照相机的数据拍摄的。(图片鸣谢:NASA/SwRI/MSSS/杰森·梅杰)

大红斑有多大？

大红斑宽10159英里(16350公里)，约为地球宽度(7918英里或12740公里)的1.3倍。然而，它曾经要大得多。当它在19世纪晚期第一次被详细观察时，估计它大约有30，000英里(48，280公里)宽，超过地球宽度的三倍！

大红斑缩小的原因仍然未知。可能是持续了几百年的天气模式已经失去了动力。根据美国国家航空航天局的说法，也有证据表明，该地点在其历史上不仅缩小了，而且还增长了，在20世纪20年代记录了一些增长。

除了收缩之外，这个斑点的形状、颜色和其他特征似乎也在发生变化。例如，美国宇航局和加州大学伯克利分校的科学家在2018年进行的一项研究显示，风暴在收缩的同时似乎变得更高了。几年后，同样的一些研究人员发现这个地方的风速在慢慢加快。

鉴于其体积缩小的原因还不清楚，也不清楚这个黑子会持续多久。一些研究表明，它可能在一二十年内消失，但也可能持续几个世纪。

大红斑事实

尽管它有标志性的颜色，研究人员并不完全确定是什么导致这个斑点呈现红色。一些研究人员认为这可能是由于风暴上部的化学物质，如氨。
这个斑点似乎会随着时间的推移而改变颜色，研究人员也不明白这一点。根据美国宇航局的说法，自2014年以来，它一直呈现出一种红润的橙色，并且正在慢慢加剧。这种变化可能是由于风暴的化学成分或其内部和上方气体分布的变化。
尽管木星与地球非常不同，但控制其风暴的动力学是相似的。因此，更好地了解木星的风暴，包括大红斑，可以帮助科学家更好地了解地球上的天气。
大红斑有一个较小的对应物，称为小红斑或小红斑，形成于1998年至2000年间，由三次白色椭圆形风暴形成。
根据2016年的一项研究，大红斑上方的气体比木星上其他任何地方都要热。研究人员认为加热的原因是风暴的极端湍流产生的声波。

大红斑常见问题


木星上的大红斑是什么？

大红斑是木星上一个巨大的、持续时间最长的高压区域，它会产生持续的反气旋风暴。这些风暴也存在于地球上，通常与寒冷的天气有关。它们也可能与暴风雪以及更罕见的雷暴和龙卷风有关。

木星的大红斑会持续多久？

没有人确切知道。一些研究假设，该斑点可能在几十年内消失，但由于研究人员不完全了解该斑点如何以及为什么会发生变化，它也可能会持续更长时间，可能会持续许多世纪。

木星的大红斑有多老？

它至少有150年的历史，可能还要更久。很难确认17世纪的观测结果是否与我们今天知道的地点相同，但如果是这样，这个地点至少有360年的历史，甚至可能更久。

大红斑专家问答

我们问了美国宇航局行星科学家艾米·西蒙几个关于木星大红斑的问题。

艾米·西蒙
行星大气研究高级科学家

艾米·西蒙是美国宇航局戈达德太空飞行中心的行星科学家。她研究木星等气态巨行星大气的成分、动力学和云结构，是美国宇航局哈勃外行星大气遗产(OPAL)项目的首席科学家。

为什么研究人员认为大红斑一直在缩小，还发生了其他变化，比如变高了？

木星上的旋转风暴(气旋和反气旋)通常是由一个更大的天气系统凝结成一个独特的风暴形成的。木星高速(几乎恒定)的东西风交替模式引导风暴并将其限制在一个纬度带内。以GRS为例，它几乎是在风道里“滚动”。

然而，GRS实际上比英吉利海峡更大，这意味着它也会偏转这些风，并且对它有持续的外部压力。随着时间的推移，GRS在纬度和经度上持续收缩，有时在海拔上增长，因为它不断调整以平衡内部动量和外部风。我们不知道的是风暴的规模和形状会稳定多久。截至2023年初，GRS仍然略大于其纬度通道，纬度约为10，500公里，经度约为14，750公里。

是什么导致了大红斑的红色，为什么它会发生变化？

我们不知道到底是什么赋予了GRS的颜色，它可以从非常苍白的颜色变成强烈的橘红色。通过对不同波长的光获得的图像进行建模，看起来彩色粒子位于风暴顶部附近或上方的上层雾霭中。在这些海拔高度，有许多碳氢化合物和其他复杂分子与阳光相互作用，并有助于其独特的色彩；实验室研究表明，当暴露于紫外线辐射时，这些化合物中的许多会变成橙色。在任何给定的时间，GRS的确切颜色通常取决于是否有新鲜的云(白色的)被卷入风暴。持续的监测将显示这些相互作用是否会随着GRS继续变小而改变。

关于大红斑有什么样的历史观察，它如何帮助我们更好地了解它？

早在19世纪中期就有关于GRS的连续观测报告，这真是一个令人难以置信的历史记录(注意:17世纪60年代的早期观测也提到了一个斑点，但那个斑点要小得多，可能在不同的纬度)。从连续的记录中，我们知道GRS在19世纪70年代要大得多，经度超过45，000公里。这种长时间跨度的数据有助于理解与风的相互作用如何随着时间的推移而变化，我们现在刚刚开始利用计算机模拟风暴的大小、形状和运动来解开这个问题。

更多地了解大红斑会如何帮助我们了解地球上的天气？

GRS是一个反气旋(高压系统)，它们不像旋风那样在地球上很典型。然而，大西洋中部的涡旋可以持续数年，与GRS有些相似之处。这项研究是双向的，因为我们可以更详细地了解稳定的地球风暴，并了解它们的行为和结构如何应用于木星。另一方面，我们还可以研究GRS随时间变化的稳定性，以便与地球上非常不同的条件进行比较:陆地、多变的高层风等。，导致风暴消散。本质上，我们使用木星(和所有的巨行星)作为流体动力学实验室，以了解哪些条件最能影响风暴的形成、强度和寿命。