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木星的大紅斑：你需要知道的一切

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木星的大紅斑：你需要知道的一切


木星的大紅斑是太陽系中最大的風暴(圖片來源:MARK GARLICK/科學圖片庫via Getty Images)
據美國太空網（Rebecca Sohn）：大紅斑是木星上一個持續時間很長的高壓區域 ， 會產生持續的風暴 。
它位于木星的南半球，是我們太陽系中最大的風暴，在木星表面呈現為一個巨大的紅斑 。它已經存在了150年，根據美國宇航局的說法 ， 可能更久 。
根據美國物理學會的說法，這個點可能是由英國科學家羅伯特·胡克在1664年發現的 ， 或者是由意大利天文學家喬凡尼·卡西尼在1665年發現的 。有可能一個或兩個人都觀察到了木星的一個衛星的影子或不同的點 。1831年出現了木星上一個類似于現代斑點的紅色斑點的插圖 ， 自1878年美國天文學家C.W .普里切特重新發現該斑點以來，該斑點一直被觀察到 。
大紅斑是一種反氣旋風暴，這種風暴也發生在地球和其他星球的高壓區域 。根據行星的說法，它大約每六天逆時針旋轉一次，并產生高達580英里/小時(933公里/小時)的風力 。
是怎么形成的？
在地球上 ， 當高氣壓導致較高海拔的冷空氣被迫下降時 ， 反氣旋風暴就產生了 。它們是典型的高壓系統，通常與寒冷天氣有關 。它們還會產生超級單體風暴，這是一種罕見的雷暴，可以產生反氣旋龍卷風 。
根據行星協會的說法，盡管科學家們知道這些風暴是如何在地球上形成的，但沒有人確切知道大紅斑是如何或何時形成的 。
也不完全清楚為什么它如此長壽 ， 盡管科學家有幾種猜測 。據知情人士透露，一種假設是它被困在兩股反向流動的噴射流之間，這兩股噴射流的作用就像兩條傳送帶，使大紅斑在兩側旋轉 。另一個原因是，風暴內部垂直的冷熱氣流有助于保持它的活力 。據JStor Daily報道 ， 木星長壽的一個重要因素是，作為一顆氣體行星，木星沒有表面，因此沒有摩擦來減緩風暴 。

木星的大紅斑：你需要知道的一切


這張木星大紅斑的增強彩色圖像是由公民科學家杰森·梅杰利用美國宇航局朱諾飛船上的朱諾照相機的數據拍攝的 。(圖片鳴謝:NASA/SwRI/MSSS/杰森·梅杰)
大紅斑有多大？
大紅斑寬10159英里(16350公里)，約為地球寬度(7918英里或12740公里)的1.3倍 。然而，它曾經要大得多 。當它在19世紀晚期第一次被詳細觀察時，估計它大約有30，000英里(48，280公里)寬，超過地球寬度的三倍！
大紅斑縮小的原因仍然未知 ?？赡苁浅掷m了幾百年的天氣模式已經失去了動力 。根據美國國家航空航天局的說法，也有證據表明，該地點在其歷史上不僅縮小了，而且還增長了，在20世紀20年代記錄了一些增長 。
除了收縮之外 ， 這個斑點的形狀、顏色和其他特征似乎也在發生變化 。例如，美國宇航局和加州大學伯克利分校的科學家在2018年進行的一項研究顯示，風暴在收縮的同時似乎變得更高了 。幾年后，同樣的一些研究人員發現這個地方的風速在慢慢加快 。
鑒于其體積縮小的原因還不清楚，也不清楚這個黑子會持續多久 。一些研究表明，它可能在一二十年內消失，但也可能持續幾個世紀 。
大紅斑事實
盡管它有標志性的顏色 ， 研究人員并不完全確定是什么導致這個斑點呈現紅色 。一些研究人員認為這可能是由于風暴上部的化學物質 ， 如氨 。這個斑點似乎會隨著時間的推移而改變顏色，研究人員也不明白這一點 。根據美國宇航局的說法，自2014年以來，它一直呈現出一種紅潤的橙色，并且正在慢慢加劇 。這種變化可能是由于風暴的化學成分或其內部和上方氣體分布的變化 。盡管木星與地球非常不同 ， 但控制其風暴的動力學是相似的 。因此，更好地了解木星的風暴，包括大紅斑，可以幫助科學家更好地了解地球上的天氣 。大紅斑有一個較小的對應物，稱為小紅斑或小紅斑 ， 形成于1998年至2000年間，由三次白色橢圓形風暴形成 。根據2016年的一項研究，大紅斑上方的氣體比木星上其他任何地方都要熱 。研究人員認為加熱的原因是風暴的極端湍流產生的聲波 。
大紅斑常見問題
木星上的大紅斑是什么？
大紅斑是木星上一個巨大的、持續時間最長的高壓區域 ， 它會產生持續的反氣旋風暴 。這些風暴也存在于地球上，通常與寒冷的天氣有關 。它們也可能與暴風雪以及更罕見的雷暴和龍卷風有關 。
木星的大紅斑會持續多久？
沒有人確切知道 。一些研究假設，該斑點可能在幾十年內消失，但由于研究人員不完全了解該斑點如何以及為什么會發生變化，它也可能會持續更長時間，可能會持續許多世紀 。
木星的大紅斑有多老？
它至少有150年的歷史 ， 可能還要更久 。很難確認17世紀的觀測結果是否與我們今天知道的地點相同，但如果是這樣 ， 這個地點至少有360年的歷史，甚至可能更久 。
大紅斑專家問答
我們問了美國宇航局行星科學家艾米·西蒙幾個關于木星大紅斑的問題 。
艾米·西蒙行星大氣研究高級科學家
艾米·西蒙是美國宇航局戈達德太空飛行中心的行星科學家 。她研究木星等氣態巨行星大氣的成分、動力學和云結構，是美國宇航局哈勃外行星大氣遺產(OPAL)項目的首席科學家 。
為什么研究人員認為大紅斑一直在縮小，還發生了其他變化 ， 比如變高了？
木星上的旋轉風暴(氣旋和反氣旋)通常是由一個更大的天氣系統凝結成一個獨特的風暴形成的 。木星高速(幾乎恒定)的東西風交替模式引導風暴并將其限制在一個緯度帶內 。以GRS為例，它幾乎是在風道里“滾動” 。
然而，GRS實際上比英吉利海峽更大，這意味著它也會偏轉這些風，并且對它有持續的外部壓力 。隨著時間的推移 ， GRS在緯度和經度上持續收縮，有時在海拔上增長，因為它不斷調整以平衡內部動量和外部風 。我們不知道的是風暴的規模和形狀會穩定多久 。截至2023年初，GRS仍然略大于其緯度通道 ， 緯度約為10，500公里，經度約為14，750公里 。
是什么導致了大紅斑的紅色，為什么它會發生變化？
我們不知道到底是什么賦予了GRS的顏色，它可以從非常蒼白的顏色變成強烈的橘紅色 。通過對不同波長的光獲得的圖像進行建模，看起來彩色粒子位于風暴頂部附近或上方的上層霧靄中 。在這些海拔高度，有許多碳氫化合物和其他復雜分子與陽光相互作用 ， 并有助于其獨特的色彩；實驗室研究表明，當暴露于紫外線輻射時，這些化合物中的許多會變成橙色 。在任何給定的時間，GRS的確切顏色通常取決于是否有新鮮的云(白色的)被卷入風暴 。持續的監測將顯示這些相互作用是否會隨著GRS繼續變小而改變 。
關于大紅斑有什么樣的歷史觀察，它如何幫助我們更好地了解它？
早在19世紀中期就有關于GRS的連續觀測報告，這真是一個令人難以置信的歷史記錄(注意:17世紀60年代的早期觀測也提到了一個斑點，但那個斑點要小得多 ， 可能在不同的緯度) 。從連續的記錄中，我們知道GRS在19世紀70年代要大得多，經度超過45，000公里 。這種長時間跨度的數據有助于理解與風的相互作用如何隨著時間的推移而變化 ， 我們現在剛剛開始利用計算機模擬風暴的大小、形狀和運動來解開這個問題 。
更多地了解大紅斑會如何幫助我們了解地球上的天氣？
GRS是一個反氣旋(高壓系統)，它們不像旋風那樣在地球上很典型 。然而，大西洋中部的渦旋可以持續數年，與GRS有些相似之處 。這項研究是雙向的 ， 因為我們可以更詳細地了解穩定的地球風暴，并了解它們的行為和結構如何應用于木星 。另一方面，我們還可以研究GRS隨時間變化的穩定性，以便與地球上非常不同的條件進行比較:陸地、多變的高層風等 。，導致風暴消散 。本質上，我們使用木星(和所有的巨行星)作為流體動力學實驗室，以了解哪些條件最能影響風暴的形成、強度和壽命 。