可见光之外，木星究竟是什么样子？科学家直呼太过瘾

~ 你所看到的世界真的是真实的世界吗？土星的淡金色，木星的红色带和彩色云，海王星的深蓝色，这些是大多数人看到行星在可见光谱中的样子。然而，行星发出或反射的光波长超出了我们眼睛的能力，比如红外线和紫外线。不过，对科学家来说，在这些波长中看到的东西，实际上远比简单地用肉眼看到的行星更有价值。这是因为某些肉眼看不见的东西在红外线或紫外线下可能非常可见，反之亦然。如果我们想知道在一颗行星上发现了什么物质，电磁波谱可以再次帮助我们。

大家好，我是科学拓荒者，本期内容，我想重点介绍通过木星及其卫星的电磁光谱看到的东西，以及利用这种不同的方法带给你一个崭新的视角，去观看我们太阳系最大的行星。

作为一个比较点，让我们先看看木星在自然光下是如何出现的。经过木星的各种探测器表明，它是一颗美丽的行星。你可以在可见光下看到木星的主要云层，这些不是地球上的水云，而是氨冰云。如果你仔细观察，你可以开始察觉到这些云的不同高度。这些狭窄的黑暗区域实际上是由颜色较浅的高云层投下的阴影。这些云的海拔越高，它们就越轻，这可以在这个地区海拔最高的弹出云中看到，它们是雪白的。木星大气中不同颜色背后的过程尚不完全清楚，但据说是由于木星内部深处的化合物突然暴露在太阳的紫外线辐射下的上升流造成的。当它们上升到木星大气层的最高高度时，这些化合物开始变暗，最终再次下沉到较低的高度。

但如你所见，木星的氨云是不透明的，我们看不透它。如果可见光是我们能研究的唯一波长，那么木星的绝大部分将仍然是一个完全的谜。幸运的是，我们也有仪器可以看到超出我们眼睛能力的东西。在红外线的某些波长中，我们可以以全新的视角看到木星。也许最引人注目的是使用4.68 μm波长观测木星，因为这显示了该行星的热量。非常有趣的是，在这张由双子座天文台拍摄的照片中，海拔较低的红色波段是最亮的。

你看，木星实际上释放的热量比它从太阳接收的热量要多。它的体积在缩小，从而使它升温，而这些热量最终会通过云层从行星中散发出。在云层最薄的地方热量最容易散失，这就是为什么像可见光中的大红斑和白带这样的特征是暗的。幸运的是，我们也不仅仅局限于木星的圆盘视图——这要归功于“朱诺号”探测器，它现在正在环绕木星的轨道上。

科学家再次用红外线观察木星的两极，绘制出了一幅令人难以置信的漩涡的3D地图。木星的北极有9个看似恒定的漩涡，其中8个呈方形，围绕着一个位于正中央的大漩涡旋转。再一次，你会注意到海拔最低的区域散发出最多的热量。因为这种波长只能显示热量，大气中的薄雾和阴影不会像在可见光中那样挡住视线，这意味着它可以给我们一个前所未有的3D漩涡结构视图。按照地球的标准，这里仍然很冷，即使是黄色的部分也只有-13 c，而较暗、海拔较高的地区是-83 c。由于热量来自木星本身，“朱诺号”无论白天还是黑夜都能看到这种景象，它并不依赖于反射的阳光。

风暴可以在可见光中发现之前先在红外线中出现。我们一起来看看哈勃拍摄的对比图。这些位于云顶下的近地大小的风暴比周围环境温度高得多，这表明内部热量在产生大气扰动方面发挥了重要作用。当我们在这个波长上的时候，我们也来看看木星的火山卫星——木卫一。

不出所料，木卫一的夜间完全被其表面的火山活动所照亮，这让“朱诺号”很容易识别新的火山，并跟踪我们之前已经观察的那些。“朱诺号”对木卫一进行了几次观察，每一次都显示它是一个活动的蜂巢。一个真正的地狱般的世界，但却十分迷人。事实上，所有的伽利略卫星都用红外线进行了检测，但使用的是特定波长，可以揭示不同的东西。例如，这是伽利略号探测木卫二的红外图像在1.5微米的水波段。当我们通过这个波长观察一个物体时，我们可以看到水存在的位置。图片中的深蓝是最纯净的水冰的位置，而其它颜色表示水冰和其它矿物质的混合物。

这被称为光谱学，你可以在不着陆的情况下确定行星上有什么分子。当白光反射到某个原子或分子上时，这个分子会吸收一束光并反射其余的光。如果我们分析缺失的光带，就能知道分子是什么。所以，不要把这张图片看作是一张照片，而应该把它看作是一张数据的图表，它显示了特定分子的位置，科学家通过随意选择的颜色来代表数据。例如，如果我们看这张显示硫酸吸收带的图片，这一次更亮的区域显示了木卫二上硫酸丰富的地方。这些丰富的物质是在表面的裂缝周围发现的，所以它们可能来自地壳下面的海洋，但在图像左上方的木卫二尾部也发现了这些物质。木卫二在轨道上运行时，似乎受到硫离子的轰击。令人难以置信的是，硫很可能来自木卫一火山的喷发。

如果我们观察木卫四上的一个陨石坑，红外数据则被叠加到可见光图像上。红色表示水冰较多，蓝色表示水冰较少。这很有趣，因为这是我们拥有的关于木星周围天体的最高分辨率的红外图像之一，而这幅图像只有200公里宽。它增加了很多你无法从可见光图像中得到的信息，也就是说，陨石坑中有大量的水，但在它周围有一个没有水的环，然后水再次出现在这个从陨石坑出来的光线系统中。冰的区域来自于撞击者暴露了地表下的冰，但为什么在中心陨石坑和射线系统的碎片之间会有这个环还是个谜。也许撞击产生的冰碎片直到到达这么远的距离才开始撞击地面。无论如何，这张照片显示出木卫四表面的非冰物质只构成了薄薄的一层。

透过特定红外线波段下的木星是什么样子呢?这张图片真的很有趣，左上方和右上方的图片分别是在1.61微米和2.73微米内拍摄的。在这些波段中，我们可以看到云朵，就像我们在可见光中看到的一样。然而，在中间，我们只看到了2.17微米氢的吸收带。我们知道，木星主要是氢，这意味着大气中的氢在这个波长下突然变得不透明和可见。事实上，唯一能看到的特征是真正的高空云层，这些云层穿透了大气中的大部分氢气。左下方的图像是3.01微米波段，有一些吸收，但没有那么多。在这个波段，吸收光线的是甲烷和氨。底部中间是4.99微米，这给了我们另一个热图，右下方是所有5张图片的假颜色组合，如果我在我的视频中展示假颜色图片，你就会看到这种情况。现在你知道这些假彩色图像想要显示什么了吧!

我想展示的最后一个有趣的木星图像是紫外线。紫外吸收光谱在行星天文学中并不是非常有用，我能想到的唯一一次它在木星上被积极使用是在1994年追踪“苏梅克-列维9号彗星”的影响。在那里，尘埃吸收了大量的紫外线阳光，因此科学家可以很容易地通过观察这些特征的演变来追踪地球平流层的风。然而，足够热的分子会发出许多不同波长的光。有一个明亮的光源来自木星的紫外线和红外线，那就是它的极光。

与地球上的极光相比，木星的极光极其强大，是地球上的一个永久特征。哈勃可以看到紫外线，多年来一直在跟踪木星的极光，尽管最好的图像来自“朱诺号”的红外图像，这仅仅是因为“朱诺号”的轨道使它越过了木星的两极，而哈勃的视角使观察变得困难。这些极光受到木星磁场环境的强烈影响，木星的上层大气中有带电粒子的流动，以及木星和其卫星之间的通量管。

正如你所看到的，这是一种与你所习惯的截然不同的方式来观察木星，即通过光谱学的吸收和荧光可以帮助我们了解一颗行星，而不仅仅是可见光。我们可以确定分子和矿物质，观察行星的热图，观察极光与地球磁层的相互作用。所有这些都有助于我们更全面地了解一颗行星是如何工作的，以及它为什么会这样运行。

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