美国宇航局朱诺航天器的发现更新了木星水之谜

美国国家航空航天局（NASA）的朱诺（Juno）航天器上的JunoCam成像仪于2017年9月1日拍摄了这张木星南部赤道区的图像。图像的方向使木星的两极（不可见）从帧的左到右延伸。

该任务发布了有关木星大气中水量的第一批数据，这是自该机构1995年伽利略任务以来首次发现天然气巨头的水。

美国国家航空航天局（NASA）的朱诺（Juno）任务已经就木星大气中的水量提供了首个科学成果。朱诺的结果最近发表在《自然天文学》杂志上，估计赤道处的水占木星大气中分子的0.25％，几乎是太阳的三倍。这也是天然气巨头自1995年伽利略计划执行任务以来的第一个发现，该发现表明木星与太阳相比可能非常干燥（比较不是基于液态水，而是基于其成分，氧气和氢气的存在） ，存在于太阳下）。

数十年来，行星科学家的愿望清单一直在准确估计木星大气中的水总量：天然气巨人中的p代表了太阳系形成难题的关键缺失部分。木星很可能是第一个形成的行星，它包含了大部分未包含在太阳中的气体和尘埃。

关于其形成的主要理论取决于地球吸收的水量。水的丰满度对这家天然气巨头的气象（风如何在木星上流动）和内部结构也具有重要意义。Voyager和其他航天器在木星上发现的闪电（通常由湿气推动的现象）暗示着水的存在，但对木星大气深处的水量的准确估算仍然难以捉摸。

木星赤道带的JunoCam影像中出现了浓厚的白云。在微波频率下，这些云是透明的，从而使Juno的微波辐射计能够测量木星大气深处的水。该图片是在2017年12月16日朱诺飞越时获取的。

在1995年12月伽利略号探测仪停止向其木星下降传送57分钟之前，它用无线电波谱仪测量了天然气巨人大气中的水量，测量深度约为75英里（120公里），此时大气压力达到每平方英寸320磅（22巴）。研究数据的科学家很沮丧地发现比预期的少十倍的水。

更令人惊讶的是：在最大测量深度处，伽利略探测器测得的水量似乎仍在增加，远低于理论认为大气应充分混合的位置。在高度混合的气氛中，整个地区的水含量是恒定的，并且更有可能代表全球平均值。换句话说，它更有可能代表整个星球上的水。当与地面望远镜同时获得的红外图结合时，结果表明探测任务可能是不幸的，在木星上采样了一个异常干燥和温暖的气象点。

“只有当我们认为我们有东西要出局时，木星才会提醒我们还需要学习多少东西，”圣安东尼奥西南研究所朱诺首席研究员斯科特·博尔顿说。“朱诺的令人惊讶的发现是，即使在云顶以下，大气也没有很好地混合，这是我们仍在努力解决的难题。没有人会猜测整个星球上的水可能会如此多变。”

从上方测量水

朱诺（Juno）于2011年发射了旋转的太阳能太空飞船。由于伽利略号的探测经验，该任务旨在获取巨大星球上大区域的水丰度读数。Juno的微波辐射计（MWR）是一种用于深空行星探测的新型仪器，它使用六个天线同时从多个深度同时测量大气温度，从而从上方观察木星。微波辐射计充分利用了水吸收一定波长的微波辐射这一事实，这与微波炉快速加热食物的技巧相同。由于两个分子均吸收微波辐射，因此所测得的温度用于限制深层大气中水和氨的含量。

朱诺科学团队使用朱诺在木星的前八次科学飞越中收集的数据来产生发现。他们最初集中在赤道地区，因为那里的大气甚至在深度上似乎比其他地区更加混杂。与伽利略探测器（93英里（150公里），压力达到约480 psi（33巴））相比，辐射计从轨道高处可以收集到木星大气层更深的深度的数据。

“我们发现赤道中的水大于伽利略探测器测得的水，”加州大学伯克利分校的朱诺科学家Cheng Li说。“由于木星的赤道地区非常独特，我们需要将这些结果与其他地区的水量进行比较。”

北向

朱诺53天的轨道正按计划缓慢地向北移动，每次飞越都将木星的北半球更多地聚焦。科学小组急切地希望了解大气中的水含量如何随纬度和地区而变化，以及旋风分离器的极点可以告诉他们有关天然气巨头的全球水量的信息。

朱诺（Juno）的第24次木星科学飞越发生在2020年2月17日。下一次科学飞越发生在2020年4月10日。

“每一次科学飞越都是发现的事件，”博尔顿说。“有了木星，总会有一些新事物。朱诺教给我们一个重要的教训：我们需要与地球亲密接触，以检验我们的理论。”

位于加利福尼亚州帕萨迪纳市的NASA喷气推进实验室负责圣安东尼奥西南研究所首席研究员Scott Bolton的Juno任务。朱诺是NASA新前沿计划的一部分，该计划由位于阿拉巴马州汉茨维尔的NASA马歇尔太空飞行中心管理，由NASA科学任务部负责。意大利航天局贡献了Jovian红外极光测绘仪和Ka波段翻译系统。丹佛的洛克希德·马丁航天公司制造并运营了该航天器。

参考：程力，安德鲁·英格索尔，斯科特·博尔顿，史蒂文·莱文，迈克尔·詹森，苏希尔·阿特雷亚，乔纳森·鲁尼，保罗·史蒂夫斯，香农·布朗，特里斯坦·古洛特，迈克尔·艾里森，约翰·阿波罗，阿玛德·贝洛蒂，维吉尔Adumitroaie，Samuel Gulkis，Amoree Hodges，Liming Li，Sidharth Misra，Glenn Orton，Fabiano Oyafuso，Daniel Santos-Costa，Hunter Waite和Zhang Zhigeng Zhang，2020年2月10日，自然天文学.DOI：
10.1038 / s41550-020-1009-3