木星大气层深处是什么样的？人类怎样才能探测到？

美国国家航空航天局的哈勃空间望远镜以及夏威夷双子座地面望远镜联合朱诺太空飞行器一起探测太阳系最猛烈的风暴，这些风暴发生在5亿多英里外的巨大行星木星上。

由迈克尔· 王带领的加利福尼亚大学伯克利分校研究团队包括了来自马里兰州绿带城美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的艾米·西蒙和同样来自伯克利的伊姆克·德帕特。他们将哈勃和双子座在多重波长下的观察发现与朱诺飞行器轨道上的木星近景图结合起来，以深入了解这颗遥远星球上波云诡谲的天气。

王说：“我们想要了解木星的大气层是如何运作的。”而这正是朱诺、哈勃和双子座的联合协作发挥作用的地方。

无线“灯光秀”相比于地球的风暴，木星的连续风暴更为庞大，其伴随着从地面到天空40英里高的雷暴（地球常规雷暴的5倍）和拥有地球最大“超级闪电”三倍多能量的强大闪电。

正如地球上的闪电,木星的闪电束也像无线发射器一样，在划破天空的同时发送出无线电波以及可见光。

每53天，朱诺飞行器就会在在风暴团上方低飞，和它赛跑，来侦察被称做“天电”和“吹哨人”的无线信号。被捕捉到的无线信号甚至可以接着被用于在木星白天的一面和闪电无法被看到的深云团上绘制闪电。

每在同一路线时，哈勃和双子座两两远望，拍摄作为解释朱诺飞行器近距离观察发现关键的木星高分辨率全球视图。西蒙解释道：“朱诺飞行器的微波辐射仪器通过侦测可以穿透深厚云层的高频无线电波来深入探索木星的大气层。而哈勃和双子座的数据可以告诉我们那些云层有多厚以及我们有多深入观察那些云层。”

通过将朱诺飞行器探测到的闪电映射到由哈勃拍摄的木星光学图像和双子座同时拍到的红外热成像图上，研究团队已经能够证明闪电的爆发和云团结构的三种组合有关：由水构成的深云团，湿润气流上升引起的大型对流云塔（本质上是木星雷暴云），以及可能是由对流云塔外干燥气流的下沉而形成的晴朗云区。

哈勃望远镜的数据显示了对流云塔中密集云团的高度以及深水云团的深度。双子座望远镜的数据则清晰展现了高云层中的空白区，而深水云团很有可能在那里被看到。

王认为在一种被称作褶皱纤维状云区的湍流区中，闪电是很常见的，这表明湿对流正在其中发生。他说道：“这些气旋性涡旋可能是内部能量烟囱，来从对流中帮助释放内在能量。这样的情况并不普遍，但是这样的气旋似乎是在促成对流的形成。”

将闪电和深水云关联起来的能力也为研究人员提供了另一个估算木星大气层含水量的方法，这对于理解木星以及其他气体巨星和冰巨星是如何形成的，还有太阳系作为一个整体是如何因此形成的十分重要。

虽然之前的太空任务已经收集了一些关于木星的资料，但很多细节仍然成谜，包括深层大气层含有多少水，热气到底是如何从内部流出的，以及是什么导致了云层的某些颜色和图案。 这些问题的整合答案能够帮助人们深入了解大气动力学和大气层的三维空间结构。

“鬼火”大红斑

随着哈勃和双子座在朱诺任务中对木星进行更为频繁的观察，科学家们也因此能够研究一些像大红斑的短期变化和出现短暂图案等的现象。

此次朱诺飞行器拍摄的以及之前木星任务中的揭示了大红斑中深色图案的出现，消失以及变化。单看一组并不能明确知道这些现象是否是由高云层中的一些神秘黑色物质导致的，又或者它们其实是高层云团中的一些洞，就像是通往下面更深、更暗云团的窗户。

而现在，通过对比哈勃和双子座在数小时之内拍摄到的可见光学图像和红外热成像图，再来回答这些问题是可能的。可见光下的深色区域在红外线下非常亮眼，这表明他们实际上就是云层中的洞。在无云区域，木星内部以红外光线的形式释放的热量得以自由遁入太空(不然就会被高层云团挡住)，从而在双子座的中显得明亮。

“就像是一簇鬼火，”王说到：“你在没有云的地方看它是明亮的红外光线，但当云密布时，它在红外线下又是深色的。”

图源：美国国家航空航天局，欧洲航天局，迈克尔·王及其团队

上图关于木星大红斑的是由哈勃太空望远镜和双子座望远镜在2018年4月1日收集的数据制作的。通过将两个不同的望远镜在几乎同一时间拍摄的图像整合起来，天文学家们得以确认大红斑上的黑色图案是云层中的洞，而不是一堆暗物质。

左上（广角）和左下（特写）：哈勃拍摄到在木星大气层的云层中反射的阳光（可见光波长）显示了大红斑中的深色图案。

右上：由双子座在同一区域拍摄的红外热成像图显示了热量是以红外能量的形式释放的。堆叠的冷云层在上显示为深色部分，但云团中的空隙使得明亮的红外射线得以从暖流层中释放。

下中：哈勃拍摄的紫外线图显示了从大红斑上雾霾层散射回来的阳光。大红斑能够在可见光下被看到是因为这些霾吸收了蓝色光波。哈勃的数据显示即使在较短的紫外光波下，这些霾仍在持续吸收。

下右: 在哈勃和双子座数据合成的多重波长图中，可见光是蓝色的，热红外线是红色的。将这些发现结合起来可以看出在红外线下明亮的区域是云层中的空隙，或是有较少阻挡内部热量云团的地方。

哈勃和双子座的发现是为了给朱诺飞行器的第12次飞掠（近木点 12）提供宽广的视角。

木星气象追踪者：哈勃望远镜和双子座望远镜

哈勃和双子座在支持朱诺任务中进行的木星定期拍摄证明了它在很多其他天气现象研究中的价值，如风的模式变化，大气波的特征以及大气中各种气流的流通。

哈勃和双子座能够将木星作为一个整体来进行监测，并实时为朱诺的测量任务提供多种波长地图参考，正如地球的气候观测卫星为美国国家海洋和大气管理局的飓风追踪器提供信息那样。

“因为我们现在定期有来自不同观测器和波长下的高分辨率图像，我们更够学到比木星天气更多的东西，”西蒙解释道：“这就相当于是一个气象卫星，我们也终于可以观察气象周期了。”

由于哈勃和双子座望远镜的观测对于解读朱诺获得的数据至关重要，王和他的同事西蒙、德帕特正努力让其他研究团队能够更轻松地通过位于马里兰，巴尔的摩太空望远镜科学研究所的米库尔斯基太空望远镜档案馆来获取所有处理过的数据。

“重要的是我们成功收集了支持朱诺任务的庞大数据集。数据集的应用方法有太多了，以至于有一些我们甚至都不知道的。因此，我们要让别人也能够做这项研究，并且不用费劲心思地去想如何处理数据。”

小题1:比较一：观测天体的遥远程度。比较二：观测天体的明暗度。比较三：观测图像的清晰度。（4分，答到一点的2分，两点3分，三点4分。抄原文而不作归纳的不给分）。 小题2: （1）说明哈勃望远镜功能强（说明哈勃望远镜，或，说明海尔望远镜和哈勃望远镜，均不得分）（3分）（2）凯克望远镜观测的图像更清晰。（2分） 小题3: 天文，地基望远镜，海尔、凯克等。空间望远镜，哈勃。（两部分位置可以互换）（4分）

小题1: 试题分析：注意本段并列式的结构，本段正好是三句话（句号为标志），一句话比较一个方面，根据句意选取关键词逐一概括即可。 小题2: 试题分析：“目的”从突出说明对象的特征方面来概括。注意说明文中中心句对内容的概括作用，第五段中的举例即是对本段第一句（中心句）的说明。 小题3: 试题分析：阅读全文，搜寻文中作者举例对望远镜类别和牲的介绍，按问题的要求一一解答即可。

美国天文学会宣布，迄今世界上最大的耗资达2亿美元的双子座天文台南站18日在智利的帕琼山落成。

双子座天文台由两台先进的天文望远镜组成，它们分别位于赤道两边的美国夏威夷和智利。通过南北两站各自的天文望远镜，科学家们可以观测到遥远的星系。北站的夏威夷望远镜早已于1999年投入使用。

双子座天文台南站装有一架镜面直径为8米的天文望远镜，建造在海拔2715米的帕琼山山顶上，距圣地亚哥约500公里。帕琼山地区气候干燥、晴朗日子多、空气洁净、大气稳定，是观测天体变化、探测宇宙奥秘的理想地点。在南站望远镜落成典礼上，双子座天文台台长蒙顿称，这是耗用10年时间、由几百人参与建设的结果。

双子座的两台望远镜使用了大量新技术，如巨大的薄型透镜，能从宇宙空间收集和聚焦光线和红外辐射；自适应光学器件，可校正因地球大气所产生的畸变等。位于夏威夷的北站望远镜目前已有很多重大的发现，包括发现星系核心超大黑洞周围的奇观，恒星周围可能形成早期行星系统的气、尘区，以及拍摄到褐矮星的图像等。

美国国家科学基金会主任科维尔说，双子座望远镜计划对科技进步十分重要，可使人类越过国家的界限对宇宙进行观测。美国家科学基金会为双子座计划提供了近一半的经费。参加双子座计划的国家有阿根廷、澳大利亚、巴西、加拿大、智利、英国和美国。这7个国家的200多名代表参加了智利南站望远镜落成典礼。

据外媒报道， 天文学家利用阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ ALMA）发现了一个旋转的“婴儿”星系，其质量为银河系的1/100。 由于引力透镜效应的帮助，研究小组能够首次 探索 宇宙早期小型和黑暗的 "正常星系 "的性质，这些星系代表了第一批星系的主要群体，这大大推进了我们对星系演变初始阶段的理解。

剑桥大学卡夫利高级研究员尼古拉斯-拉波特说：“许多存在于宇宙早期的星系非常小，它们的亮度远远低于目前地球上和太空中最大的望远镜的极限，因此难以研究它们的特性和内部结构。然而，来自名为RXCJ0600-z6的星系的光线被引力透镜高度放大，使其成为研究典型婴儿星系属性和结构的理想目标。”

引力透镜是一种自然现象，即从一个遥远的天体发出的光线被位于前景的星系或星系团等大质量天体的引力所弯曲。引力透镜这一名称源于这样一个事实：大质量天体的引力就像一个透镜。当我们通过引力透镜观察时，远处天体的光线被强化，它们的形状被拉长。换句话说，它是一个漂浮在空间的 "天然望远镜"。

ALMA Lensing Cluster Survey（ALCS）团队利用ALMA搜索了早期宇宙中大量被引力透镜放大的星系。结合ALMA的力量，在 "天然望远镜"的帮助下，研究人员能够发现和研究更暗淡的星系。

为什么 探索 早期宇宙中最微弱的星系是至关重要的？理论和模拟预测，大爆炸后几亿年形成的大多数星系都很小，因此很暗淡。尽管之前已经观测到了早期宇宙中的一些星系，但由于望远镜的能力问题，这些研究仅限于早期宇宙中质量最大的天体，因此也是代表性较差的星系。要了解第一批星系的标准形成，并获得星系形成的完整图景，唯一的办法是把重点放在较暗和较多的星系上。

ALCS团队执行了一个大规模的观测计划，花了95个小时，这对ALMA观测来说是非常长的时间，观测了33个可能引起引力透镜的星系团的中心区域。其中一个名为RXCJ0600-2007的星系团位于天狼座方向，其质量是太阳的1000万亿倍。研究小组发现了一个遥远的星系，它正受到这个"天然望远镜"所产生的引力透镜的影响。ALMA探测到该星系中的碳离子和星尘发出的光，再加上双子座望远镜拍摄的数据，确定了该星系在大爆炸后约9亿年（129亿年前）的样子。对这些数据的进一步分析表明，这个源头的一部分被看作是比它内在的亮度高160倍。

通过精确测量星系团的质量分布，有可能 "撤销 "引力透镜效应，恢复被放大天体的原始外观。通过将哈勃太空望远镜和欧洲南方天文台甚大望远镜的数据与一个理论模型相结合，该团队成功地重建了遥远的星系RXCJ0600-z6的实际形状。这个星系的总质量大约是太阳的20到30亿倍，大约是我们银河系的1/100。

令研究小组惊讶的是，RXCJ0600-z6正在旋转。传统上，年轻星系中的气体被认为具有随机、混乱的运动。直到最近，ALMA才发现了几个旋转的年轻星系，对传统的理论框架提出了挑战，但这些星系比RXCJ0600-z6要亮（大）几个数量级。

"我们的研究首次表明，我们可以直接测量早期宇宙中这种微弱（质量较小）的星系的内部运动，并与理论预测进行比较"，东京大学教授、ALCS团队的负责人Kotaro Kohno说。

“RXCJ0600-z6具有非常高的放大系数这一事实也提高了对未来研究的期望，”尼尔斯-玻尔研究所的DAWN研究员Seiji Fujimoto解释说。“这个星系从数百个星系中脱颖而出，将由詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）进行观测，该望远镜将于今年秋季发射，是下一代太空望远镜。通过使用ALMA和JWST的联合观测，我们将揭开一个婴儿星系中气体和恒星的属性及其内部运动的面纱。当三十米望远镜和极大望远镜完成后，它们可能会探测到星系中的恒星群，甚至有可能解析单个恒星。有一个引力透镜的例子，它被用来观察95亿光年外的一颗恒星，这项研究有可能将其扩展到宇宙诞生后不到10亿年。”