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穿越太陽系,來一場驚心動魄的風暴之旅

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我們的地球是一個相當活躍的星球,充滿著激烈的氣候活動,從短時的疾雷迅電,到風馳電掣的狂暴颶風,氣勢上無不驚天動地,帶來的後果也經常是毀滅性的。其實除了地球之外,其它的行星上空也會產生積雨雲(storm cloud)、劃破天際的電光火石,甚至是傾盆大雨。下面,不如讓我們來一次星際風暴的探索之旅,去別的星球上看看奇絕的巨型風暴。

1. 水星(Mercury):沐浴在微流星雨和磁性“龍卷風”中的清晨

版權:美國航空航天局(NASA),約翰?霍普金斯大學(Johns Hopkins University)應用物理實驗室(Applied Physics Laboratory),華盛頓卡內基研究所(Carnegie Institution of Washington,CIW)

用浪漫的微流星雨(micrometeoroid shower)來開啟美好的一天,是一種怎樣的體驗?水星,焦金流石般熾熱,是距離太陽最近的行星,白天的氣溫甚至超過了800華氏度(約430攝氏度);較小的引力(只有地球引力的38%)讓水星難以留住圍繞它的行星大氣,這讓水星的“保溫性”很差,也就是白天焦灼似火,夜裡嚴寒勝冰。

稀薄到幾乎沒有的大氣還意味著水星上不會產生劇烈的風暴,但這不代表就不會有其他奇怪的“氣象”模式:水星會遭遇微流星體(micrometeoroid)或微小塵埃的轟擊,時間則通常在早上。

除此之外,水星上還有一種詭異的磁性“龍卷風”,也就是扭曲纏繞在一起的磁場束,這些磁性“龍卷風”將水星的磁場連接到了外太空。在2008年10月6日,美國航天航空局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)的信使號(Mercury Surface Space Environment Geochemistry and Ranging,MESSENGER)水星探測器第二次飛掠水星之時,就遇上了這種磁性“龍卷風”。

2. 金星(Venus):與地球最相似的“雙胞胎”是一團炙熱的亂麻

版權:NASA,SSV,MIPL,麥哲倫號團隊

金星總是被稱為地球的雙胞胎,因為這兩顆星球有著相似的大小和結構。但是在我們的太陽系中,金星卻是溫度最高的那顆行星,被令人窒息的硫酸雲層和支離破碎的大氣包圍,處於900華氏度(約480攝氏度)水深火熱的炙烤之中。

再加上閃電的頻發(甚至可能比地球上還要頻繁),“金星可不是一個非常好的度假之選,這一點毫無疑問。” 克里斯托弗?羅素(Christopher Russell)說道。歐洲空間局(European Space Agency,ESA)的金星快車(Venus Express)任務的研究團隊發現了金星上的閃電,羅素則是團隊中一名受NASA資助的科學家。

當你抬頭仰望星空時,夜空中的金星是一顆略顯淡黃的明亮星體,這是由它的表面雲層決定的。今年早些時候,基於圍繞金星運行的破曉號(Akatsuki)探測器的探測結果,日本的研究人員在金星的雲層中發現了一個巨大的帶狀結構,

3. 地球(Earth):風暴頻繁,危險常在

版權:NASA,美國國家海洋和氣候管理局(National Oceanic and Atmosphere Administration,NOAA)

地球上的風暴多種多樣,包括雷暴(thunderstorm)、暴風雪(blizzard)和龍卷風(tornado)。龍卷風的風速可以超過300英裡每小時(約480千米每小時),所到之處常常拔樹撼山,給建築和車輛帶來毀滅性的損害。

但是對比颶風(hurricane)的大小規模和破壞力,其他的風暴都會相形見絀。颶風通常也被稱作台風(typhoon)或旋風(cyclone),可以持續數天之久,風力高達12級以上,波及範圍可達675英裡(約1100千米),摧毀的區域從沿海地區一直延伸到遠離海洋的內陸。

最近的颶風之中,最強颶風非“邁克爾” (Michael)莫屬。颶風“邁克爾”於2018年10月10日強勢登陸美國佛羅裡達州墨西哥海灘,當時的風速高達160英裡每小時(約257千米每小時)。“邁克爾”是有史以來僅有的第四次登陸美國的五級颶風(Category 5),根據颶風的風力分類,五級颶風為頂級強度的颶風。

4. 火星(Mars):沙塵暴圍困的世界

2001年拍攝的兩幅圖像,分別顯示了被全球性沙塵暴席卷前後的火星。

版權:NASA,JPL-Caltech,MSSS

因為那些遮天蔽日的沙塵暴,有些甚至能圍困住整個行星,火星變得聲名狼藉。2018年的時候,一場全球性的沙塵暴罩住了NASA創下紀錄的機遇號(Opportunity)火星車,讓機遇號15年的火星任務不得不遺憾地走到終點。

火星的大氣也非常稀薄,絕大部分都是二氧化碳,空氣中還充斥著塵埃,在人類眼裡,這樣的大氣會讓天空看起來呈現出一片霧蒙蒙的紅色或焦糖色。

這些塵埃也會成為未來火星任務的絆腳石,給探測器的電子系統和機械系統帶來負面影響,如果人類在不久的未來登陸火星,塵埃對宇航員的健康來說也是一種不小的威脅,儘管真實的火星沙塵暴不會像2015年的電影《火星救援》(The Martian)裡給宇航員馬克?沃特尼(Mark Watney,由美國演員馬特?達蒙(Matt Damon)扮演)帶來那樣強烈的影響。

除了地球,火星也是唯一一顆擁有天氣站的星球,沒錯,NASA的洞察號(Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport,InSight)著陸器能監測火星的溫度、風速和大氣壓,從2019年2月19日起,便每天發布火星赤道附近埃律西昂平原(Elysium Planitia)的氣象報告。

5. 木星(Jupiter):一個逐漸縮小的斑塊

所應用的風暴模型被稱為速度場,模型建立在NASA旅行者號(Voyager)航天器以及地球上望遠鏡所收集的數據基礎上。

版權:NASA,JPL-Caltech,SwRI,MSSS,傑拉爾德?艾希施塔特(Gerald Eichstadt),賈斯汀?考沃特(Justin Cowart)

木星大紅斑(Great Red Spot,GRS):太陽系中最著名的風暴之一。在繁盛之時,它至少猖獗了300年,但到現在也已經萎縮了一個半世紀之久,沒有人知道,這塊地標式的大紅斑會在什麽時候不再可見,但它最終大抵還是會消失。

NASA的朱諾號(Juno)木星探測器為科學家們帶去了這個著名風暴的新見解。“朱諾號的數據表明,這個太陽系中最著名的風暴幾乎有一個半地球直徑那麽寬,風暴的根部向下穿透木星大氣的深度大約為200英裡(約300千米)。” 朱諾號的首席研究員斯科特?博爾頓(Scott Bolton)說。

20世紀的時候,三個較小的橢圓形風暴合並形成了“小紅斑”(Little Red Spot),大約有它的大紅斑表親一半那麽大,如果沒有堅固的物質表面降低風暴的速度,木星上的這些“斑”可以肆虐很多年。

6. 土星(Saturn):風暴追逐者的天堂

這些真彩色(true-color)以及複合近真彩色(near-true-color)的視圖紀錄了從2010年到2011年中期的風暴發展“連續劇”,展示了風暴的頭部是如何迅速變大而最終又被尾部吞沒的。

版權:NASA,JPL-Caltech,空間科學研究所(Space Science Institute)

土星具有太陽系中最特別的大氣特徵之一:位於北極的六邊形雲圖。這裡的六邊形實際上是一個六面噴射流,風速高達200英裡每小時(約322千米每小時),每一個面都比地球稍微寬一點,所以可以在這個六邊形裡塞上好幾個地球。在六邊形的中間,有一個看起來像宇宙肚臍般的東西,但它實際上是一個看起來像颶風一樣的巨大漩渦。

如果你是一個酷愛追尋風暴的人,那你將會在土星上度過一個收獲滿滿的快樂日。由於探測器在土星的南半球上一部分區域觀察到了頻繁的風暴活動,NASA卡西尼號(Cassini)任務的科學家將其稱為“風暴聯盟”(Storm Alley)。風暴持續的時間可能會長達數年之久,因此不必急於追逐它們。至少有那麽一場風暴,它在追逐著它自己:在2010年和2011年,科學家目睹了一場風暴,它圍繞著土星呼嘯而過,直到它最後撞向了自己的尾部,濺出翻騰的“風暴之花”。

7. 土衛六(Titan):甲烷雨和沙塵暴共存

版權:NASA,JPL-Caltech,亞利桑那大學(University of Arizona),愛達荷大學(University of Idaho)

在我們的太陽系中,地球並不是唯一一個表面覆蓋了液體的世界。在土星的衛星土衛六上,同樣存在著河流、湖泊和大海。土衛六是唯一一個除了地球之外,擁有類似地球水循環的液體循環的世界:雨水從雲層中飄落,流過衛星表面,進入湖泊和海洋之中,然後再蒸發回到空中。但是在土衛六上,雨水、河流和海洋的液體成分並不是水,而是甲烷。

來自卡西尼號探測器的數據還揭示了土衛六赤道地區的巨大沙塵暴,使土衛六成為除地球和火星外的第三個發現了沙塵暴的太陽系星體。

8. 天王星(Uranus):一處極地風暴,以及……臭雞蛋味?

NASA的哈伯空間望遠鏡每年都會對太陽系的外圍行星進行常規氣象監測,而在此期間,它在海王星(右圖)上發現了一個新的神秘而黑暗的風暴,除此之外,還對天王星北極地區周圍一個持續了很長時間的風暴進行了全新的觀察(左圖)。

版權:NASA,ESA,A. Simon(NASA戈達德航天中心)、M.H. Wong和A. Hsu(加州大學伯克利分校)

長期以來,天王星都是那個被嘲笑的對象,而最新的一些研究可能會讓它的處境變得更尷尬。

在天王星這顆冰巨星(ice giant planet)的上空,飄著一些雲,科學家們正試圖解決一個與之相關的難題:這些雲是由什麽組成的?當旅行者2號(Voyager 2)在1986年飛掠天王星時,它發現了一些雲的蹤跡。(這些雲的存在部分是由於包圍著天王星的濃霧,還有部分是由於旅行者號的相機設計,旅行者2號配備的相機並不能很好地透過陰霾用紅外線進行拍攝。)但是在2018年,NASA的哈勃空間望遠鏡(Hubble Space Telescope,HST)拍下的一幅圖像顯示了橫跨天王星北極的一處巨大而明亮的風暴雲蓋。

同樣在2018年,利用夏威夷莫納克亞天文台(Mauna Kea Observatory,MKO)上的北雙子座望遠鏡(Gemini North telescope),研究人員發現:天王星上的雲層是由硫化氫(H2S)組成的。硫化氫是一種具有腐爛的臭雞蛋味的氣體。

9. 海王星(Neptune):甲烷雲和消失的風暴

左側的完整可見光圖像顯示,深色氣旋位於海王星南半球一片明亮的雲層附近;右上角的全彩色圖像是這一複雜氣旋的特寫;右下角的圖像顯示,氣旋的最佳觀測波長為藍光波長。

版權:NASA,ESA,M.H. Wong和J. Tollefson(加州大學伯克利分校)

在我們太陽系中,海王星是風速最快的星球。在這顆狂風肆虐的冰巨星之上,凍住的甲烷雲被翻攪拖拽,風速超過1200英裡每小時(2000千米每小時),比地球上的風速快了大概9倍!

海王星同樣擁有一個強勁的風暴體系。1989年,NASA的旅行者2號從海王星身邊飛掠而過時,發現了海王星上的兩處巨型風暴,科學家後來將這兩處風暴命名為“大黑斑”(The Great Dark Spot,GDS)和“黑斑2號”(Dark Spot 2)。

5年之後的1994年,NASA的哈勃空間望遠鏡處於地球軌道的有利位置上,拍攝了多張海王星的圖片,科學家們希望能在這些圖片中再次看到兩處巨型風暴,但奇怪的是,“大黑斑”和“黑斑2號”都消失得無影無蹤了。

研究人員現在認為,海王星上每四到六年就會出現新的風暴,每一個風暴的持續時間則會長達六年之久。

10. 不只在我們的太陽系:另一個星系的極端氣象

這是一個偏執極端的世界,沸騰的風在3000華氏度(約1600攝氏度,足以融化鋼鐵)的“白天”裡咆哮,在溫度驟降至1000華氏度(約540攝氏度)以下的“黑夜”中怒吼。

版權:NASA,ESA

利用NASA的哈勃空間望遠鏡,科學家們繪製了一幅星球地圖,描繪了我們的太陽系外一處動蕩的世界:被稱為WASP-43b的系外行星(exoplanet)。觀測顯示,WASP-43b是一個極端的世界。沸騰的風在3000華氏度(約1600攝氏度,足以融化鋼鐵)的“白天”裡咆哮,在溫度驟降至1000華氏度(約540攝氏度,仍然焦灼難耐)以下的“黑夜”中怒吼。(這裡的“白天”指面對恆星WASP-43的一側,“黑夜”指背對WASP-43的區域。)

WASP-43b於2011年被科學家發現,距離地球約260光年,大小和木星相近。由於距離太過遙遠,我們難以直接拍攝到這顆星球,但是通過觀測它繞母星運行時產生的光強驟降,天文學家還是探測到了WASP-43b這顆極端的行星。

參考:

https://solarsystem.nasa.gov/news/946/10-things-tour-of-storms-across-the-solar-system/

來源:NASA愛好者

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