Herschel解决了木星的上层大气中水的起源的神秘之处

这种WFPC-2图像的马赛克显示了木星上的G碰撞部位的演变（鞋匠 - 征收9的21个彗星片段分配了相应的字母以识别撞击部位; G代表第七个击打行星的碎片。它也是最大的影响。）。
从左上方到左上显示的图像：影响羽毛在07/18/94 07:38 UT（冲击后约5分钟）;在09:19 UT 07/18/94的新鲜影响遗址（冲击后1.5小时）;随着JUPITER（左）风的进化后的冲击部位，随着L的影响（右），在06:22 UT 07/21/94中进行（克冲击后3天和L碰撞后的1.3天） ;在08:08 UT 07/23/94拍摄的风力和G和L位点的进一步演变和G和L网站的进一步演变和G附近的额外影响（克冲击后5天）。R. Evans，J. Trauger，H. Hammel和HST Comet Science团队

使用Herschel Space Indechadory，研究人员已经解决了Jupiter的上层大气层的谜团，找到了确凿的证据表明它是由1994年彗星鞋匠 - 征收9的影响所提供的。

天文学家终于发现直接证据证明，木星的平流层中存在的几乎所有水通过彗星鞋匠 - 征收9，这是1994年击中了地球的。结果基于Herschel的新数据，揭示了木星南半球的更多水，在那里发生的影响，而不是北方的影响，以及探测行星平流层中水的垂直分布。

太阳系巨型行星的上部气氛中的水起源近二十年来争论。天文学家对平流层的水域发现 - 一种中间大气层 - 木星，土星，天王星和海王星的水域，这些层在1997年与ESA的红外空间天文台（ISO）进行了观察。虽然其大气中的下层中的水源可以如内部解释，但由于其中的氧气稀有，该分子在其上大气层中的存在是令人费解的 - 它的供应必须具有外部来源。从那时起，天文学家已经研究了几种可能对这些行星提供水的候选者，从冰冷的环和卫星到行星粉尘颗粒和组件冲击。

该地图显示了随着ESA的Herschel空间天文台测量的Jupiter平流层中的水分布。白色和青色表示最高浓度的水，蓝色表示较小的量。该地图已叠加在JUpiter的图像上，在与美国宇航局/欧安墙哈勃太空望远镜的可见波长
下拍摄的。水的分布清楚地显示了全球圆盘上的不对称分布：水在南半球更丰富。基于与Herschel收集的这一和其他线索，天文学家已经确定，Jupiter平流层目前存在的至少95％的水已经由Comet Shoemaker-Levy 9提供，这些水船征在于1994年在中间南部灾区的行星中受
到着名。地图是基于在Herschel上的PACS仪器收集的光谱数据约66.4微米，其波长对应于水的许多光谱签名之一。esa / herschel / t。Cavalié等。木星图片：NASA / ESA / RETA BEEBE（新墨西哥州州立大学）

答案现在开始使用ESA的Herschel Space Indeveratory从研究流程。Herschel拥有前所未有的敏感性以及远红外波长的高空间和光谱分辨率，可以观察到许多水排放线。2011年，基于HERSCHEL数据的研究表明，土星平流层中的水由其冰冷的月亮群提供; 2012年，泰坦大气层的水域建议了同样的起源，土星的卫星的另一个。现在轮到木星。

在ISO的结果之后，天文学家怀疑木星上的平流层水可能已经是由Comet Shoemaker-Levy 9提供的，其碎片于1994年7月袭击了该行星。到目前为止，该权利要求基于间接证据，例如二氧化碳（CO2）的观察，其可以由水的光学化学制备;但新的Herschel数据已经产生了长寻求的直接证明。

“我们急切地期待着观察木星与赫歇尔，”来自法国的Laboratoired'Strophysique de Bordeaux的ChibaultCavalié，他领导了这项研究。

“Herschel具有独特的仪器组合，使我们能够在木星的平流层中执行三维重建水：使用PACS，我们可以将水的分布映射到地球的整个光盘上，我们探讨了水的垂直轮廓使用HIFI在平流层中。他补充说，这两个数据集的组合对于将水来源与近19年前的着名彗星影响联系起来，“他补充道。

这是由Jupiter和Comet Shoemaker-Levy 9的单独图像组装的复合照片，该照片是1994年的美国宇航局/欧安墙空间望远镜的成像。NASA，ESA，H. Weaver和E. Smith（STSCI）和J. Trauger和R. Evans（喷气推进实验室）

Cavalié和他的同事在2009年底在Herschel的科学示范阶段收集了对Jupiter的首次观察，获得了一系列粗地跨越了星球的光谱。

“对于我们的研究目的而言，第一个观察尚未优化，但它们已经在木星的圆盘上显示了平坦散水的不对称分布。这首先暗示水在南半球在南半球的剩余观察中产生了多大的暗示，“在德国卡特伦堡 - 林德岛的Max-Planck-InstitutfürSonnensystemforschung（MPS）的Co-Constogh Hartogh解释道。Hartogh是Herschel关键计划水和相关化学在太阳系中的主要调查员在其中进行了观察。“毕竟，Shoemaker-Levy 9在中间南部灾区中击中了木星。”

2010年，天文学家再次使用PACS观察木星，这次将光谱聚集在全球圆盘上的大量点。这使它们能够在66.4微米处获得Jupiter发射的精确图，该波长对应于水的许多光谱签名之一。该地图与来自美国国家航空航天局的红外望远镜设施（IRTF）的中红外数据的比较，该地图探测大气温度的探讨表明，用HERSCHEL检测到的水排放中的不对称性与温度波动无关，并且必须是由于水的不均匀分布在地球周围。

“两个半球之间的不对称表明，在单一事件期间交付了水，并将冰冷的戒指或卫星规定为候选来源，”卡瓦利亚说。“本地来源将提供稳定的水供应，随着时间的推移会导致平流层中的半球对称分布。取决于化学物质是否以中性或电离形式运输，局部水源将导致杆子或沿赤道的浓度较高，但不在南北不对称中，“他补充道。

PACS数据使天文学家能够以极高的空间分辨率跨越木星盘中收集光谱，从HiFi辅以一组高频光谱分程测量。在地球盘上的25分拍摄，这些光谱以179.5微米为中心，另一波长对应于水分子的排放线。

这张图片显示了Jupiter与Comet Shoemaker-Levy 9的影响，它于1994年7月袭击了中间南部灾区的行星。在1994年7月20日，在近红外波长的近红外波长，在德国 - 西班牙卡尔阿尔托天文台的3.5米望远镜上的红外相机魔法。在地球的左下缘处，可以看到由彗星的最后一个碎片的影响产生的爆炸云。它右边的亮点是其他碎片的影响留下的热痕迹。卡尔阿尔托天文台/ Max Planck天文学研究所，海德堡，德国

“利用HIFI数据的高光谱分辨率，我们可以探讨木星的平流层上水的垂直分布，”哈特·赫尔“解释说：”这是我们的“吸烟枪”证明，以排除其他可能的来源并确认至少95％目前在木星的平流层中存在的水是通过Comet Shoemaker-Levy 9的带来了那里。“

HiFi光谱表明大部分水被限制在低于2毫巴的压力，对应于高位平坦的高度 - 远高于对流层最上部的。对流层在木星的较低气氛中，其最上层可以被视为可见行星'表面'。这部分对流层也被称为“冷陷阱”，因为它可以防止水蒸气从下面升到平流层，在那里它会由于低温而浓缩成冰。因此，平流层中的任何水痕量必须从外部来源传递。此外，在较低的平流层中没有水对零星事件的起源会定位：已经通过行星粉尘颗粒带来了，它会在整个平流层中重新分配更多的时间，并且其垂直分布将延伸到高度高度。

结果不排除该尘埃粉尘颗粒，冰冷的环和卫星或其他彗星撞击可能使水带到木星的平流层，而且仅与1994年的影响提供的边缘数量相比。

“随着我们在木星的平流层中看到的大部分水，在过去的一段时间内被交付，我们预计这一年内的内容将慢慢下降，我们计划继续监控木星与瑞典的奥丁航天器进行监控，以研究这一减少，“卡瓦利说。

当ESA的木星冰冷的MOONS Explorer（果汁）使命将到达Jovian系统，在20世纪20年代，在20世纪的行星的平流层中仍然存在大量的水。除其他目标之外，特派团的亚毫米波仪（SWI）将针对各种分子 - 包括水 - 作为示踪剂，以研究木星大气中的循环，风和其他现象。

“我们现在肯定的是，木星平流层目前存在的大多数水是1994年令人瞩目的兴起和随后对彗星士兵-levy 9的影响的遗留物，”英国驻环境署的赫尔桑·普莱特·斯科尔（ESA）项目科学家评论。“在展示土星的平流层中的水域之后，也是由泰坦的大气层，正在被月球给予，现在澄清了它在最大的巨星中最大的起源，绘制了水历史的佩戴照片在太阳系中。“

出版物：T.Cavalié等，“来自Herschel-Hifi和PACS观测的木星平流层的水分分布”，2013年，天文学和天体物理学，553，A21; DOI：10.1051/0004-6361/201220797

图片：R.埃文斯，J. Trauger，H. Hammel和HST Comet Science团队; esa / herschel / t。Cavalié等。木星图片：NASA / ESA / RETA BEEBE（新墨西哥州州立大学）; NASA，ESA，H. Weaver和E. Smith（STSCI）和J. Trauger和R. Revans（喷气式推进实验室）;卡尔阿尔托天文台/ Max Planck天文学研究所，海德堡，德国