木星大氣層
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木星的大气层是太阳系内最大的行星大气层,主要由和太阳的比例大致相当的氢气和氦气构成,其他包括甲烷、氨、硫化氢和水等化学成分丰度极低。由于水被观测到的含量较少,因此通常被认为只存在于大气层深处。氧、氮、硫和惰性气体的丰度约为太阳的三倍[2]。
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木星的大气层缺乏明确的下边界,它的下层逐渐变化为行星内部的液体[3]。大气层由低到高依次分为为对流层、平流层、增温层和散逸层,各层都有不同的温度梯度特征[4]。位于最底部的对流层是一个由氨、硫氢化铵和水组成的复杂的云雾系统[5]。位于可见的木星表面的高层氨云形成12个平行于赤道的纬向区域,并且被称为喷流的强纬向气流(风)所分隔,表现出大气层超旋转现象。这些纬向区域的颜色各不相同,较暗的区域称为带(belt),而较亮的区域称为区(zone)。区的温度比带低,其中多为上升气流,而带则以下降气流为主[6]。通常认为区中较浅的颜色是由氨冰形成的,但还没有明确了解形成颜色较深的带的物质[6]。这些带状结构和喷流的形成机理尚未被完全解释,不过目前存在几类模型,如浅水模型(shallow model)和深层模型(deep model)[7]。
木星的大气层表现为大量且广泛的大气活动,包括波段不稳定、涡旋(气旋和反气旋)、风暴和闪电[8]。涡旋通常呈现为巨大的红色、白色或棕色的圆形或椭圆形斑点,最大的两个斑点是大红斑(GRS)[9]和也呈红色的椭圆形BA[10]。这两个和许多其他的大斑点都是反气旋。较小的反气旋往往表现为白色。涡旋是较为浅层的结构,深度不会超过数百公里。位于南半球的大红斑,是太阳系中已知最大的涡旋,它足以容纳两到三个地球,并且已经存在了至少300年。椭圆形BA在大红斑的南边,大小是大红斑的三分之一,是在2000年由3个白色的椭圆合并形成的[11]。
木星上有威力强大、经常伴着闪电的风暴,是由大气中的潮湿对流以及水的蒸发与凝结带来的。在风暴中大气呈现剧烈的上升气流,从而形成明亮而稠密的云层。木星上的雷击强度是地球上的数百倍,而这一切可能与以水为主要成分的云有关[12]。朱诺号最近的观测表明,木星的雷击发生在水云的高度(3-7巴)以上[13],其中,下落的液态氨水滴与冰粒之间的摩擦形成的电离可能会产生高空闪电[13]。 之前在1巴以上260公里处的高度也观测到过中高层大气放电[14]。