大紅斑

大红斑（英語：，簡稱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氣旋風暴。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。对大红斑的觀測自1831年開始已經持續了193年[1] [2]，但在1665年-1713年間也有觀察紀錄（然而1713-1830年间沒有任何關於大紅班的紀錄）。這兩段紀錄有可能是相同的風暴，若是相同風暴，则表示它已经持續存在了至少359年。[3]這樣的風暴在類木行星的大氣擾動中並不少見。

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年一次显著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。

性質

大紅斑是逆時針旋轉的，週期大約是6個地球日[12]，或14個木星日。東西長24,000–40,000公里，南北寬12,000–14,000公里，大到足以放進2至3個地球。2004年初，大紅斑在經度的方向上只有一個世紀前的一半大小，而之前它的直徑是40,000公里。若以目前的速率繼續縮減，它在2040年將變成圓形。但是由於鄰近噴射氣流的畸變作用，變成圓形不太可能發生[13]。人們不知道大紅斑還會持續存在多久，或者其大小改變是否是正常現象[14]。

紅外線的長期資料顯示大紅斑在這顆行星上比其它雲彩更大且更冷（也代表高度較高）[15]，大紅斑的雲頂大約高於周圍雲層8km，而且仔細的追蹤其大氣特徵發現大紅斑是逆時鐘旋轉的，這點可以見於航海家1號飛掠木星時拍攝的第一部微速攝影影片[16]。大紅班被其南方溫和東向噴射氣流（順行）和其北方的一個強烈西向氣流（逆行）限制著[17]。而環繞大紅斑邊緣的風的最大風速大約是120公尺/秒（430公里/小時），其內部的流動似乎是停滯的，只有少許的流入或流出[18]。大紅班也會自轉，其自轉速度一直減慢中，或許是其大小減少所造成的[19]。

觀測得知，大紅斑的緯度非常穩定，只在1度的範圍內變動。但它的經度卻是一直變化著[20][21]。因為木星在不同緯度上的轉速是不同的，天文學家為不同的緯度定義了三個系統。系統II用在緯度超過10°之處，是依據大紅斑的平均轉速9小時55分42秒為基準定義的[22][23]。儘管如此，在19世紀初期，大紅斑至少有10次「領先」系統II。它的飄移速率多年來有著顯著的變化，並且曾與明亮的南赤道帶連結在一起，在南熱帶的干擾下出現或消失[24]。

大紅斑呈現紅色的原因尚未明瞭，有實驗室的理論假設該紅色是由複雜的有機分子，像是紅磷或其它的硫化物造成的。大紅斑的顏色也會有巨大的變化，從紅磚的紅色到蒼白的鮭魚紅，甚至是白色。大紅班偶爾會「消失」，但都是在陷入南赤道帶時，顯然是因為大紅斑的凹陷造成。紅斑與南赤道帶結合有時明顯可見，當南赤道帶是明亮的白色時，大紅班傾向變為暗色；而南赤道帶是黑色時，大紅班通常是亮的。大紅班的明暗變化並沒有規律周期，例如1997年往前推50年中，1961–66, 1968–75, 1989–90, 1992–93，這些年間大紅斑都是暗的[5]。

大紅斑容易和卡西尼-惠更斯號探測器在2000年經過時在木星北極觀察到的大黑斑混淆[25]。此外，海王星也有一個稱為大黑斑的特徵，海王星的大黑斑是航海家2號在1989年發現的黑色橢圓形物，與其說是風暴還比較像是大氣層的一個大氣孔，但在1994年以後就不存在了（雖然在北半球又曾經出現一個相似的斑點）[26]。

图集
  • 航海家1號於1979年接近木星時拍攝的縮時攝影影片（36000倍速），可明顯看出木星雲帶的運動和大紅斑的旋轉情形
    航海家1號於1979年接近木星時拍攝的縮時攝影影片（36000倍速），可明顯看出木星雲帶的運動和大紅斑的旋轉情形
  • 木星大红斑和地球大小对比
    木星大红斑和地球大小对比

參見

資料來源
  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頁
  13. Irwin, 2003, p. 171
  14. Beatty (2002)
  15. Rogers 1995，第191頁
  16. Rogers 1995，第194–196頁
  17. CITEREFBeebe1997 (1997), p. 35.
  18. Rogers 1995，第195頁
  19. Rogers, John. . 英國天文協會. 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頁
  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頁
  24. Rogers 1995，第193頁
  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.