木星的彩色云带被风暴扰乱，与探测到的高浓度氨气有何关联？
作者：文/虞子期
木星算得上是太阳系中最特别的天体之一，以其标志性的大红斑和云带而著名，这是一个美丽多变的巨型气体行星。科学家们一直在探索该星球复杂的大气动力、以及深层次的运作原理。然而，对于研究人员而言，木星的云在很大程度上就像是一种美丽的烦恼，让了解这个行星的更深层遭遇了强大的阻碍，这个困扰已久的难题，终于取得了一些令人感兴趣的进展。ALMA（阿塔卡马大毫米）使用无线电波研究了木星的大气层，发现那些在木星大气层扎根的暴风云，正在影响这个星球的白色和彩色的“腰带”，而它们的流动方式和呈现出的颜色也因此而受到影响。
在此之前，科学家们曾观察过其南赤道带的一些变化，并将这样的现象称为“褪色和复活周期”。简而言之，实际上就是木星的云带从棕色变为白色，并在它会在下一次风暴爆发后又重新变得暗淡。而在木星的北温带，一直存在着每隔五年就会发生一次的暴风雨爆发，从几个月之前收集到的条纹观察结果来看，就已经有四条巨大的白色羽状物转变成了橙色。虽然，科学家们这一次并没有观察到云带褪色的现象，但并不影响其成为该周期中的另一部分。
而通过ALMA对木星的观测表明，高浓度的氨气会在高能喷发期间产生，并且，还可以在许多不同波长下进行同步观测，通过这些数据的梳理和分析，让我们对木星的火山喷发事件有了更详细的了解。那些被望远镜阵列所捕捉到的无线电波，仪器可以在通过典型望远镜可见的云顶下方，这是一种特别长的光，而那些位于顶部的云层也充满了氨气。这些化合物丰度的大约40到50公里，都被ALMA映射到了木星的大气中，而由此产生的地图，则准确描绘了位于南赤道带在可见云顶下方的喷发，同时，火山爆发的根本原因被锁定在了木星大气层中，且与地面保持着大约80公里的距离。
在三个月之前的一次观测中，科学家们发现木星赤道的北部似乎被点亮，尽管这样的羽状物早在2017年就消失了，但木星的腰带已然向北扩张，并且，它的北边缘也逐渐从曾经的白色，变成了现在的橙色。若这些羽状物体表现出活力满满的状态，那便意味着对流事件的持续发生，随着时间推移，其中的一个频段则很可能被它们扰乱。通过这一系列的观察，让研究人员们在真正意义上，看到了正在进行的羽流、以及其他物体在事件之后留下的“后遗症”。科学家们对木星这些风暴影响的追踪，还结合了其他六个地面光学和射电望远镜，以及哈勃太空望远镜的协调观测数据。
在ALMA对木星大气的首次观测中，科学家们发现了一个羽状物；而第二个羽状物，则是在一周后哈勃所拍摄的照片中发现，并且还在南赤道的云带中留下下游干扰。随后，那些上升的羽状物便和木星本身强大的风发生了相互作用，因而由原点分别向东、西两个方向延伸云层，可见的明亮物体，在行星氨冰云上和它们出现的地带上掠过。与此同时，这些对羽流的分析还支持了一个和它们起源有关的理论，即：这些氨气羽流都源自于云顶下方大约80公里处的液态水云，它们通过水云底部循环的潮湿空气而产生。
作为气体行星，木星的大气自然主要由气体构成，而其中占据绝对比例的气体，便是氦气和氢气。正如我们地球的大气层一样，木星也包含了具有各自温度梯度特征的大气层次，若从低到高来看，其大气层次包含了对流层、平流层、增温层和散佚层四个部分。它的最顶层，以及我们肉眼所见的棕色和白色区域则主要被“氨云”所覆盖，然后组成了平行于赤道的12道带状云，由于它们被强大的带状风分割着，这些被交替着的云呈现出了不一样的颜色。而它的最深处则位于最顶层云层下方80公里左右的地方，这是一层呈现出朦胧状态、液态水滴一般的物质存在形式的地方。而科学家们在带和区域中所观测到的羽状物，跟地球雷暴之前形成的积雨云具有很高的相似性，木星上的暴风云也经常会伴随闪电的发生。之所以研究人员会选择射电望远镜探测这些活动的发生，是因为无法通过光学观测来看到“氨云”的下面发生了什么。
木星上层甲基的氨冰云，被这个新酿造的风暴所击穿， ALMA无限电观测的结果并不足以分析得出结果，于是，科学家们将其他数据结合起来。数据结果显示，这些强大的暴风云到达了木星大气中最为寒冷的区域，也就是所谓的对流层顶，然后，在该星球上产生了雷声和闪电的它们，就像“砖座”形状的积雨云一样散开。而在这个过程中所观测到的高浓度氨气，与被称为湿对流的理论高度契合，它们都说明了这些羽状物的形成原理：因对流而相遇的氨和水蒸气，在云顶下方大约80公里处凝结成液滴。云因为冷凝水所释放的热量而膨胀，然后在较短的时间里向上漂浮，它在通过其他云层之后，突破了大气顶部的氨冰云。
“氨云”被羽流的动量带到了氨冰云之上，当氨结冰之后形成了异常明亮的白色羽状物，在木星上围绕的彩色条带显得更加突出。通过ALMA的探测，科学家们不仅看到了羽状物、观察了整个行星，更了解到了“氨云”下面发生了什么。而拍摄图像中两个单独存在的亮点，则说明了羽状物的来源一致，它们因为受到高空急流的影响而向东传播，这才导致了木星“腰带”呈现出了较大的干扰现象。由于木星10个小时的旋转周期，往往会导致无线地图模糊，从而需要耗费更多的观察时间，因此，科学家们需要得到一张表面无线电地图，它能与哈勃拍摄的可见光照片相比拟，以做到对木星这个较大尺寸星球的“扫描”，从而构建一个该星球的完整地图。