大红斑

大红斑（英语：，简称GRS）是一个位于木星大气层的持续高压区域，其中有太阳系中规模最大的反气旋风暴。大红斑呈现出橙红色色调，位于木星赤道以南22°，风暴速度高达432 km/h。对大红斑的观测自1831年开始已经持续了193年[1] [2]，但在1665年-1713年间也有观察纪录（然而1713-1830年间没有任何关于大红班的纪录）。这两段纪录有可能是相同的风暴，若是相同风暴，则表示它已经持续存在了至少359年。[3]这样的风暴在类木行星的大气扰动中并不少见。

朱诺号探测器拍摄到的木星大红斑

观测历史

早期观测
意大利画家多纳托·克雷蒂于1711年创作的画将木星上的斑点描绘为红色。

大红斑可能在1665年之前就已存在，但直到1830年才首次被发现，并在1879年一次显着活动后才得到深入研究。17世纪观察到的风暴可能与当前的观测存在差异。[4]尽管在17世纪曾观察到类似风暴，但由于首次发现大红斑的时间与17世纪观测的时间相隔一个世纪，目前尚不清楚在这段时间内大红斑是否曾消失并重新形成。[5]

一般认为英国科学家罗伯特·胡克首次观测到大红斑。胡克在1664年5月首次描述了木星上的一个斑点，然而在他的描述中，斑点位于木星赤道的北面，而不是今天所观察到的赤道南部。他观察到的斑点也可能是当时木星的卫星（可能是木卫一）投下的阴影。[6]更有说服力的是意大利天文学家乔瓦尼·卡西尼在次年描述的木星上的“永久斑点”。[7]虽然在1665-1713年间观察到了卡西尼描述的斑点，但自1713年到1830年长达118年的观测空白对于大红斑的一致性提出了质疑。旧斑点的观测持续时间更短，移动速度更慢，因此可能并非同一个大红斑。[8]

在1711年，意大利画家多纳托·克雷蒂创作的一幅画中描绘了木星上的斑点，该画作目前收藏在梵蒂冈。[9][10]它是一系列描绘不同被放大的星空版画的一部份，是义大利人在各种各样的场合作为背景所绘制，由天文学家尤斯塔乔·曼弗雷迪监督以确保准确性。这是木星斑点首次被描述为红色，在19世纪末以前，还没有明确将大红斑描述为红色的记录。[10]

自1831年9月5日以来，人们持续观察到木星的大红斑。至1879年，相关记录已多达60多次。[11]

托马斯·格温·埃尔格于1811年绘制的木星画像，其中展示出了大红斑。

20世纪晚期和21世纪

旅行者1号飞船于1979年2月25日从9,200,000千米高度飞跃木星，并向地球传回来有史以来第一张木星大红斑的细节照片，其中低至160千米宽度云层细节清晰可见。大红斑的左侧（西侧）存在着色彩丰富、错综复杂的波浪状云层图案，波动多变。

自21世纪以来，大红斑的直径被观测到有所收缩。2004年初，它的直径只有40,000千米，是一个世纪前的一半，大约相当于3倍地球直径。按照现在的缩小速度，到2040年时它将变为正圆形。科学家尚不清楚大红斑是否会持续存在，它的变化是否属于正常波动范围。2019年，大红斑边缘开始“脱落”，部分风暴脱离大红斑并消散。根据上述收缩与“脱落”的现象，部分科学家提出大红斑将在20年内消失。但也有部分科学家认为，观测到的大红斑大小因覆盖其上的云层变化而变化，并非是大红斑的真实大小变化。而这也可以解释大红斑的“脱落”现象，这可能是覆盖大红斑的云层与周围气旋或反气旋的交互，包括对周边较小气旋系统的不完全吸收。

2000年，木星中另一个较小的被命名为椭圆形BA的斑点合并了另外三个白色椭圆斑点，并转变为红色。天文学家将这个斑点称为“小红斑”。根据观测数据，大红斑和小红斑将会在2006年6月5日相遇。两个斑点每两年相互靠近，2002年和2004年的靠近并未造成很大影响。戈达德航天中心的行星科学家艾米·西蒙预测，两个红斑将在2006年7月4日从最近的距离穿过。

性质

大红斑是逆时针旋转的，周期大约是6个地球日[12]，或14个木星日。东西长24,000–40,000公里，南北宽12,000–14,000公里，大到足以放进2至3个地球。2004年初，大红斑在经度的方向上只有一个世纪前的一半大小，而之前它的直径是40,000公里。若以目前的速率继续缩减，它在2040年将变成圆形。但是由于邻近喷射气流的畸变作用，变成圆形不太可能发生[13]。人们不知道大红斑还会持续存在多久，或者其大小改变是否是正常现象[14]。

红外线的长期数据显示大红斑在这颗行星上比其它云彩更大且更冷（也代表高度较高）[15]，大红斑的云顶大约高于周围云层8km，而且仔细的追踪其大气特征发现大红斑是逆时钟旋转的，这点可以见于航海家1号飞掠木星时拍摄的第一部微速摄影视频[16]。大红班被其南方温和东向喷射气流（顺行）和其北方的一个强烈西向气流（逆行）限制着[17]。而环绕大红斑边缘的风的最大风速大约是120公尺/秒（430公里/小时），其内部的流动似乎是停滞的，只有少许的流入或流出[18]。大红班也会自转，其自转速度一直减慢中，或许是其大小减少所造成的[19]。

观测得知，大红斑的纬度非常稳定，只在1度的范围内变动。但它的经度却是一直变化着[20][21]。因为木星在不同纬度上的转速是不同的，天文学家为不同的纬度定义了三个系统。系统II用在纬度超过10°之处，是依据大红斑的平均转速9小时55分42秒为基准定义的[22][23]。尽管如此，在19世纪初期，大红斑至少有10次「领先」系统II。它的飘移速率多年来有着显著的变化，并且曾与明亮的南赤道带链接在一起，在南热带的干扰下出现或消失[24]。

大红斑呈现红色的原因尚未明了，有实验室的理论假设该红色是由复杂的有机分子，像是红磷或其它的硫化物造成的。大红斑的颜色也会有巨大的变化，从红砖的红色到苍白的鲑鱼红，甚至是白色。大红班偶尔会「消失」，但都是在陷入南赤道带时，显然是因为大红斑的凹陷造成。红斑与南赤道带结合有时明显可见，当南赤道带是明亮的白色时，大红班倾向变为暗色；而南赤道带是黑色时，大红班通常是亮的。大红班的明暗变化并没有规律周期，例如1997年往前推50年中，1961–66, 1968–75, 1989–90, 1992–93，这些年间大红斑都是暗的[5]。

大红斑容易和卡西尼-惠更斯号探测器在2000年经过时在木星北极观察到的大黑斑混淆[25]。此外，海王星也有一个称为大黑斑的特征，海王星的大黑斑是航海家2号在1989年发现的黑色椭圆形物，与其说是风暴还比较像是大气层的一个大气孔，但在1994年以后就不存在了（虽然在北半球又曾经出现一个相似的斑点）[26]。

图集
  • 航海家1号于1979年接近木星时拍摄的缩时摄影视频（36000倍速），可明显看出木星云带的运动和大红斑的旋转情形
    航海家1号于1979年接近木星时拍摄的缩时摄影视频（36000倍速），可明显看出木星云带的运动和大红斑的旋转情形
  • 木星大红斑和地球大小对比
    木星大红斑和地球大小对比

参见

数据源
  1. Denning, William Frederick. . Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (Royal Astronomical Society). June 1899, 59 (10): 574. Bibcode:1899MNRAS..59..574D. doi:10.1093/mnras/59.10.574 可免费查阅 （英语）.
    • Chang, Kenneth. . The New York Times. 2017-12-13 [2017-12-15].
    • . .
    • Staff. . Imaginova. 2007 [2008-06-03].
    • . Dept. Physics & Astronomy – University of Tennessee. [2015-08-30]. （原始内容存档于2004-06-10）.
  4. Karl Hille. . NASA. 2015-08-04 [2017-11-18].
  5. CITEREFBeebe1997 (1997), pp. 38–41.
  6. . www.aps.org. [2021-12-29] （英语）.
  7. Rogers (1995), 6.
  8. Rogers (1995), 188.
  9. Staff. . Muha m jaadugar sei Vaticani. Vatican Museums. 2003 [2019-12-16].
  10. Hockey (1999), 40-1.
  11. Denning, William Frederick. . Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (Royal Astronomical Society). June 1899, 59 (10): 574. Bibcode:1899MNRAS..59..574D. doi:10.1093/mnras/59.10.574 可免费查阅 （英语）.
  12. Smith et al. 1979，第954页
  13. Irwin, 2003, p. 171
  14. Beatty (2002)
  15. Rogers 1995，第191页
  16. Rogers 1995，第194–196页
  17. CITEREFBeebe1997 (1997), p. 35.
  18. Rogers 1995，第195页
  19. Rogers, John. . 英国天文协会. 2006-07-30 [2007-06-15]. （原始内容存档于2012-03-26）.
  20. Reese and Gordon (1966)
  21. Rogers 1995，第192–193页
  22. Stone, Peter H. (PDF). Journal of the Atmospheric Sciences. 1974, 31 (5): 1471–1472 [2007-06-20]. Bibcode:1974JAtS...31.1471S. doi:10.1175/1520-0469(1974)031<1471:OJROR>2.0.CO;2.
  23. Rogers 1995，第48, 193页
  24. Rogers 1995，第193页
  25. Phillips, Tony. . Science at NASA. 2003-03-12 [2007-06-20]. （原始内容存档于2007-06-15）.
  26. Hammel, H. B.; Lockwood, G. W.; Mills, J. R.; Barnet, C. D. . Science (American Association for the Advancement of Science). 1995, 268 (5218): 1740–1742. doi:10.1126/science.268.5218.1740.

拓展阅读
  • [Numerous authors]. Beatty, Kelly J.; Peterson, Carolyn Collins; Chaiki, Andrew , 编. 4th. Massachusetts: Sky Publishing Corporation. 1999. ISBN 978-0-933346-86-4.
  • Beebe, Reta. 2nd. Washington: Smithsonian Books. 1997. ISBN 978-1-56098-685-0.
  • Hockey, Thomas. . Bristol, Philadelphia: IOP Publishing. 1999. ISBN 978-0-7503-0448-1.
  • Peek, Bertrand M. 需要免费注册 Revised. London: Faber and Faber Limited. 1981. ISBN 978-0-571-18026-4.
  • Rogers, John H. . Cambridge: Cambridge University Press. 1995. ISBN 978-0-521-41008-3.
  • Smith, B. A.; et al. . Science. 1979, 204 (4396): 951–957, 960–972. Bibcode:1979Sci...204..951S. PMID 17800430. S2CID 33147728. doi:10.1126/science.204.4396.951.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.