首次在木星上測量到強大的平流層風

木星以其獨特的紅色和白色條紋聞名，旋轉的移動氣體雲層是天文學家傳統上用來跟踪木星低層大氣中的風向和風速。天文學家還在木星兩極附近看到稱為極光的鮮豔光芒，這似乎與行星高層大氣中的強風有關。但是直到現在，研究人員一直無法直接測量平流層這兩個大氣層之間的風型。

由於在這部分大氣中沒有雲，因此無法使用雲跟踪技術來測量木星平流層中的風速。但是，天文學家還獲得了另一種測量輔助工具，例如：舒梅克-李維九號彗星（Shoemaker-Levy 9），自從它在1994年與木星相撞，這種撞擊在木星的平流層中產生了新的分子，它們一直隨風而移動。

由法國波爾多天體物理學實驗室（Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux in France）的蒂博特·卡瓦利（Thibault Cavalié）領導的一組天文學家追踪到其中一種分子氰化氫，可以直接用來測量木星上的平流層射流。

卡瓦利說：「最壯觀的結果是存在強射流，它們的速度高達每秒400米，位於極點附近的極光下。這些風速相當於時速1,450公里，是木星大紅斑的最大風暴速度兩倍以上，是地球上最強龍捲風測到的風速三倍以上。」

卡瓦利補充說：「發現顯示，這些噴流的行為可能像一個大旋渦，直徑高達地球的四倍，高度約為九百公里。這種大型的渦旋將成為我們太陽系中獨特的氣象怪獸（meteorological beast）。」

卡瓦利說：「天文學家意識到木星兩極附近有強風，但是在木星大氣中的更高層，比這項研究的重點區域高出數百公里。先前的研究預測，這些高層大氣的風速會降低，並在到達平流層深之前消失。阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列（Atacama Large Millimeter/submillimeter Array）射電望遠鏡的新數據告訴我們的情況剛好相反，在木星兩極附近發現這些強烈的平流層風是真正的驚喜。」

該團隊使用了位於智利北部阿塔卡馬沙漠中的阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列射電望遠鏡六十六台高精度天線中的四十二台，分析了自舒梅克-李維九號彗星以來一直在木星平流層中移動的氰化氫分子。阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列射電望遠鏡數據使他們能夠測量多普勒頻移（Doppler shift）-由分子在此區域內的風引起的分子發射的輻射頻率的微小變化。通過測量這個變化，能夠推斷出風速，就像人們可以通過改變火車哨聲的頻率推斷出過往火車的速度一樣。

除了令人驚訝的極風外，該團隊還首次使用阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列射電望遠鏡通過直接測量其速度來確認行星赤道周圍是否存在平流層強風。在這部分地區發現的噴流平均時速六百公里。

跟踪木星兩極和赤道平流層風所需的阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列射電望遠鏡觀測花費不到30分鐘的望遠鏡時間。美國西南研究院的科學家表示，我們在短時間內獲得的高水平細節確實證明阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列射電望遠鏡觀測的力量。能夠首次直接測量這些平流層強風對我來說真是令人驚訝。

阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列射電望遠鏡的結果為研究木星極光區域開闢了新窗口，這真的是出乎意料之外。研究團隊還為歐洲太空總署預計明年發射升空的木星冰月探測器（JUpiter ICy moons Explorer，簡稱 JUICE）次毫米波儀器進行類似但更廣泛的測量奠定基礎。

【圖、文：節譯自歐洲南方天文台2021年3月18日新聞公佈】研究全文刊登在2021年2月26日出版的《天文學及天體物理學報》