朱诺号探测器展示木卫一下方炽热的熔岩湖和木星上的混乱气旋

朱诺相机是美国宇航局朱诺号探测器上的可见光成像仪，在2025年1月28日朱诺号第69次飞掠木星时，从距木星云层顶部约58000公里的高度拍摄了这张增强色彩的木星北部高纬度地区照片。NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS，图像处理：Jackie Branc (CC BY)

美国国家航空航天局（NASA ）的“朱诺”号探测器揭示了有关木星及其火山卫星木卫一（Io）的惊人新细节。通过观察木星浓密云层下方和木卫一表面深处，科学家们构建了一个更详细的模型，用于描述环绕木星北极的快速移动急流。与此同时，他们还取得了一项开创性成果：绘制了木卫一地下温度图，揭示了有关其内部结构和持续火山活动的重要线索。

该研究结果于 4 月 29 日在维也纳举行的欧洲地球科学联盟大会新闻发布会上公布。

“木星的一切都很极端。这颗行星拥有比澳大利亚还要大的巨型极地气旋、猛烈的急流、太阳系中最多的火山体、最强烈的极光以及最强烈的辐射带，”圣安东尼奥西南研究所朱诺号首席研究员斯科特·博尔顿说道。“随着朱诺号的轨道将我们带入木星复杂系统的新区域，我们将能够更近距离地观察这颗气态巨星所蕴含的巨大能量。”

这段动画使用了美国宇航局朱诺号探测器上JIRAM仪器的数据制作，展示了2024年12月27日飞掠木卫一（Io）时，其南极区域的情况。亮点是由于火山活动导致温度升高的区域；灰色区域是木卫一离开视野后形成的。图片来源：NASA/ JPL /SwRI/ASI – JIRAM团队（上午）

尽管朱诺号的微波辐射计（MWR）旨在研究木星的深层大气，但任务团队也将其瞄准了木卫一，并将其与木星红外极光测绘仪（JIRAM）的数据结合起来，以更全面地观察卫星炽热的内部。

“朱诺号科学团队喜欢将来自不同仪器的差异化数据结合起来，看看能从中发现什么，”美国宇航局南加州喷气推进实验室的朱诺号科学家香农·布朗说道。“当我们将MWR数据与JIRAM的红外图像结合起来时，我们对所见之景感到惊讶：在木卫一冷却的地壳下，存在着尚未凝固的温暖岩浆的证据。在每个经纬度上，都有冷却的熔岩流。”

这张合成图像基于美国宇航局朱诺号探测器上JIRAM仪器于2017年收集的数据，显示了木星北极中心气旋及其周围的八个气旋。该任务的数据表明，这些风暴是持久特征。图片来源：NASA/JPL-Caltech/SwRI/ASI/INAF/JIRAM

数据显示，月球表面约10%的面积在地表下方残留着缓慢冷却的熔岩。这一结果或许有助于深入了解月球表面如何如此迅速地更新，以及热量如何从其深层内部传递到地表。

布朗说：“木卫一的火山、熔岩场和地下熔岩流就像汽车散热器一样，有效地将热量从内部转移到表面，在太空真空中冷却下来。”

仅从 JIRAM 数据来看，研究小组还发现，木卫一历史上最剧烈的喷发（首次由红外成像仪在 2024 年 12 月 27 日朱诺号飞掠木卫一时发现）直到 3 月 2 日仍在喷涌熔岩和火山灰。朱诺号任务科学家认为，它至今仍活跃，预计 5 月 6 日将进行更多观测，届时这艘太阳能航天器将在距离木卫一约 55300 英里（89000 公里）的地方飞掠这颗炽热的卫星。

这幅插图描绘了美国宇航局的朱诺号航天器飞越木星南极的场景。图片来源：NASA/JPL-Caltech

在其第53次轨道飞行（2023年2月18日）上，朱诺号开始进行无线电掩星实验，以探索这颗气态巨行星的大气温度结构。利用这项技术，无线电信号从地球传输到朱诺号，然后再返回，在旅程的两段中都会穿过木星大气层。由于行星的大气层会使无线电波发生弯曲，科学家可以精确测量这种折射的影响，从而获得有关大气温度和密度的详细信息。

迄今为止，“朱诺”号已完成26次无线电掩星探测。其中最引人注目的发现包括：首次对木星北极平流层帽的温度测量，显示该区域比周围温度低约11摄氏度，且周围风速超过100英里/小时（161公里/小时）。

该团队最近的研究成果还聚焦于困扰木星北部的气旋。朱诺相机可见光成像仪和JIRAM多年来收集的数据，使朱诺号的科学家们能够观测到木星巨大的北极气旋及其周围八个气旋的长期运动。与地球上通常孤立地发生在低纬度地区的飓风不同，木星的飓风仅限于极地地区。

通过追踪气旋在多个轨道上的运动，科学家们观察到，由于一种名为“β漂移”（科里奥利力与气旋圆形风模式相互作用）的过程，每个风暴都会逐渐向极地漂移。这与地球上飓风的迁移方式类似，但地球上的气旋在到达极地之前就会瓦解，因为缺乏为其提供动力的暖湿空气，以及两极附近科里奥利力的减弱。此外，木星的气旋在接近极地时会聚集在一起，并且随着它们开始与邻近气旋相互作用，它们的运动速度会减慢。

“这些相互竞争的力量导致气旋彼此‘反弹’，就像机械系统中的弹簧一样，”来自以色列魏茨曼科学研究所的朱诺号联合研究员约海·卡斯皮（Yohai Kaspi）说道。“这种相互作用不仅稳定了整个结构，还导致气旋围绕中心位置振荡，并缓慢地沿顺时针方向向西漂移，绕着极地移动。”

新的大气模型不仅有助于解释木星上的气旋运动，还可能解释包括地球在内的其他行星上的气旋运动。

“朱诺号的一大优点在于它的轨道不断变化，这意味着我们每次进行科学飞行时都能获得新的有利位置，”博尔顿说道。“在扩展任务中，这意味着我们将继续探索以前没有航天器去过的地方，包括在太阳系最强的行星辐射带停留更长时间。这有点吓人，但我们把朱诺号打造得像坦克一样，每次穿越它，我们都会更多地了解这种强烈的环境。”

朱诺号是美国宇航局（NASA）的航天器，旨在探索木星的大气层、磁场和深层内部结构，为了解这颗太阳系中最大的行星提供前所未有的视角。该任务由美国宇航局喷气推进实验室（JPL，隶属于加州理工学院，位于加利福尼亚州帕萨迪纳市）管理，首席研究员是德克萨斯州圣安东尼奥市西南研究所的斯科特·博尔顿。

朱诺号是美国宇航局新前沿计划的一部分，该计划支持高优先级的太阳系探索任务，由位于阿拉巴马州亨茨维尔的美国宇航局马歇尔太空飞行中心为位于华盛顿特区的科学任务理事会管理。

该航天器本身由位于丹佛的洛克希德·马丁航天公司建造并运营。朱诺号的尖端科学仪器套件中包括由意大利航天局资助的木星红外极光测绘仪（JIRAM）。美国各地的许多其他研究机构也贡献了其他仪器，使朱诺号成为一项高度协作的国际任务。

自 2016 年抵达木星以来，朱诺号已经提供了令人惊叹的数据和图像，揭示了这颗气态巨行星的动态大气层、深层风暴、强大的极光和神秘的核心，同时还承受了太阳系中最严酷的辐射条件。

编译自/ScitechDaily