研究人员使用VLT系外行星猎人研究木星的风

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美国国家航空航天局的朱诺飞船于2022年2月拍摄的木星图像。这个黑点是木卫三的影子。彩色图案由不同高度的云形成，主要由氨冰、硫氢化铵和水组成。学分:美国国家航空航天局/JPL加州理工学院/SwRI/MSSS。Thomas Thomopoulos的图像处理

（）据里斯本大学：在一项关于木星风的研究中，一台寻找光年外行星的仪器首次被用于太阳系的一个物体上。

我们发现自己处在一个发现围绕另一颗恒星运行的行星几乎已经司空见惯的时代，已经有超过5000颗行星被记录在案。第一个纳入这个列表的遥远世界主要是巨型行星，类似于木星和土星，但在许多方面也非常不同。

天体物理学家已经开始获得系外行星大气的数据，但是关于太阳系中最大的行星大气的基本问题仍然没有答案。为了了解木星的云层和空气层发生了什么，有必要在连续的观测中研究它随时间的变化。

一台为寻找和分析数光年之外的世界——系外行星而开发的仪器首次被指向太阳系中的一个目标，距离地球43光分钟:木星。

葡萄牙里斯本大学科学学院天体物理学和空间科学研究所(IA)的研究人员使用安装在欧洲南方天文台(ESO)VLT望远镜上的ESPRESSO摄谱仪测量木星的风速。这些结果现在发表在《宇宙》杂志上。

该团队开发的方法被称为多普勒测速仪，基于目标行星大气中的云层对太阳可见光的反射。这种反射光的弯曲波长与云层相对于地球上望远镜的移动速度成正比。这给出了观测点的瞬时风速。

现在用于浓缩咖啡的方法是由IA的行星系统研究小组开发的，与其他光谱仪一起研究金星的大气。几年来，研究人员一直在测量这颗邻近行星的风，并为其大气建模做出贡献。

这种方法在诸如ESPRESSO这样的“顶级”仪器上的探索性应用取得了成功，为我们了解宇宙邻居打开了新的视野。这项工作证实了系统监测气态行星上最遥远的大气层的可行性。

在2019年7月的五个小时里，该团队将VLT望远镜对准了木星的赤道区，那里的轻云位于更高的高度，以及这颗行星的南北赤道带，这对应于下降的空气，并在更深的大气层中形成了黑暗、温暖的云带。



ESPRESSO摄谱仪控制台，在智利帕拉纳尔天文台用VLT望远镜观测木星期间。信用:佩德罗马查多。

来自ia和Ciências ULisboa的Pedro Machado说:“木星的大气，在从地球上可以看到的云层水平上，含有氨、硫氢化铵和水，它们形成了明显的红色和白色带，”上层云层位于0.6到0.9巴的压力区，由氨冰组成。研究人员补充说:“水云形成了密度最大的最低层，对大气动力学的影响最大。”

借助ESPRESSO，该团队能够测量木星上60至428公里/小时的风速，不确定性小于36公里/小时。这些通过高分辨率仪器应用于气态行星的观测结果面临着挑战:“其中一个困难集中在在木星盘面上的‘导航’，也就是说，由于VLT望远镜的巨大分辨率，我们要准确知道我们正在指向行星盘面上的哪个点，”Pedro Machado解释道。

“在研究本身中，困难与这样一个事实有关，即当木星在赤道上以每秒10公里的速度旋转时，我们以每秒几米的精度确定风，并且，由于它是一颗气态行星，而不是一个刚体，它以不同的速度旋转，取决于我们观察点的纬度，”研究人员补充道。

为了验证地球上望远镜的多普勒测速仪测量木星上的风的有效性，该团队还收集了过去获得的测量结果，以便比较结果。大多数现有数据是由太空中的仪器收集的，并使用了不同的方法，包括通过跟踪附近时间拍摄的图像中的云模式来获得平均风速值。

这段历史和现在发表的研究中测量的值之间的一致性证实了在一个从地球上监测木星风的项目中实施多普勒测速术的可行性。

监测将使研究小组能够收集关于风如何随时间变化的数据，并将对开发木星大气全球循环的可靠模型至关重要。

这个计算模型应该能够再现不同纬度的风和木星风暴的差异，以帮助理解我们在这颗行星上观察到的大气现象的原因。相反，该模型将有助于为未来的观测做准备，提供望远镜视野内云层的压力和高度信息。

该团队打算将ESPRESSO的观测范围扩大到木星圆盘的更大范围，并在行星的整个自转周期(近10小时)内暂时收集风数据。将观测限制在某些波长范围内还将有可能测量不同高度的风，从而获得关于空气层垂直输送的信息。

一旦掌握了太阳系最大行星的技术，该团队希望将其应用于其他气态行星的大气层，土星是下一个目标。

ESPRESSO的这些观测的成功证明是重要的，因为它的继任者ANDES正在为未来的超大型望远镜(ELT)设计，该望远镜也来自欧洲南方天文台，目前正在智利建造，还有欧洲航天局的未来JUICE任务，专门研究木星，将提供更多数据。