赫歇尔解决了木星上层大气水源的奥秘

作者:国溲攒

<p>这幅WFPC-2图像的镶嵌图显示了木星上G影响部位的演变(Shoemaker-Levy 9的21个彗星碎片各自被分配了相应的字母以识别撞击位置; G代表撞击地球的第7个碎片它是从右下角到左上角的图像显示:07/18/94 07:38 UT的冲击羽(撞击后约5分钟);新鲜撞击地点于1997年7月7日09:19 UT(撞击后15小时);木星风(左)进化后的撞击部位,以及L影响(右),于1997年7月21日06:22 UT(G影响后3天和L影响后13天)拍摄;由于风和G附近的附加影响(S)进一步演变的G和L场地,于格林威治标准时间07/23/14在08:08 UT(G影响后5天)拍摄,R Evans,J Trauger, H Hammel和HST彗星科学小组利用赫歇尔空间天文台,研究人员解开了木星高层大气中水的起源之谜,找到了确凿的证据证明它是由彗星Shoemaker-Levy 9在1994年的影响所传递的天文学家终于找到了直接的证据,证明木星平流层中几乎所有的水都是由彗星Shoemaker-Levy 9提供的,该彗星于1994年袭击了这颗行星</p><p>结果是基于赫歇尔的新数据,该数据揭示了木星南半球有更多的水,其中有影响发生了,而不是在北方以及探测行星平流层中水的垂直分布太阳系巨行星的高层大气中的水的起源已经争论了近二十年Astronom人们对于平流层 - 中间大气层 - 木星,土星,天王星和海王星的水的发现感到非常惊讶,这些水可以追溯到1997年用ESA的红外空间天文台(ISO)进行的观测,而下层的水源则是它们的大气层可以解释为内部,这个分子在其上层大气层中的存在令人费解,因为那里的氧气稀缺 - 它的供应必须具有外部来源从那时起,天文学家已经调查了几个可能已经交付的候选者这些行星的水,从结冰的环和卫星到行星际尘埃粒子和彗星撞击这张地图显示了用ESA的赫歇尔空间天文台测量的木星平流层中的水分布白色和青色表示水的浓度最高,蓝色表示水量较少地图已叠加在以可见波长wi拍摄的木星图像上NASA / ESA哈勃太空望远镜水的分布清楚地显示了整个行星盘上的不对称分布:南半球的水量更丰富根据赫歇尔收集的这个和其他线索,天文学家已确定至少95%的目前存在于木星平流层的水已由彗星Shoemaker-Levy 9提供,该彗星于1994年在南半球中纬度地区受到影响</p><p>该地图基于Herschel的PACS仪器收集的光谱数据,大约664微米,波长为对应于水的许多光谱特征之一ESA / Herschel /TCavalié等人;木星图片:NASA / ESA / Reta Beebe(新墨西哥州立大学)答案现在开始流入使用ESA赫歇尔空间天文台的研究Herschel拥有前所未有的灵敏度以及远红外波长的高空间和光谱分辨率,其中许多可以观察到水的排放线2011年,一项基于赫歇尔数据的研究表明,土星平流层中的水是由冰冷的月球土卫二提供的;在2012年,同样的起源建议土星的土壤中的水,土星的另一个卫星现在它是木星的转向很快在ISO的结果之后,天文学家怀疑木星上的平流层水可能至少部分由彗星提供Shoemaker-Levy 9,其碎片在1994年7月袭击了这个星球</p><p>到目前为止,这些声称是基于间接证据,例如二氧化碳(CO2)的观测,可以从水的光化学中产生;但新的赫歇尔数据已经产生了长期寻求的直接证据 法国波尔多实验室的ThibaultCavalié评论说:“我们一直热切期待与Herschel一起观察木星</p><p>”Herschel拥有独特的仪器组合,使我们能够进行三维重建</p><p>在木星的平流层中的水:使用PACS,我们可以绘制整个地球盘上的水分布图,并使用HIFI探测平流层中水的垂直剖面</p><p>两个数据集的组合对于连接源的近19年前着名的彗星影响水,“他补充说这是一张合成照片,由木星和彗星Shoemaker-Levy 9的单独图像组合而成,由NASA / ESA哈勃太空望远镜于1994年NASA,ESA拍摄, H Weaver和E Smith(STScI)以及J Trauger和R Evans(喷气推进实验室)Cavalié和他的同事在Herschel科学期间收集了他们对PACS的第一次木星观测e 2009年末的示范阶段,获得了一组粗略地跨越行星盘的光谱“为了我们的研究目的,第一次观测还没有进行优化,但他们已经在木星圆盘上显示出平流层水的不对称分布</p><p>这是第一个暗示南半球的水资源过剩是我们观察其余部分的动力,“德国Katlenburg-Lindau的Max-Planck-InstitutfürSonnensystemforschung(MPS)的共同作者Paul Hartogh解释说,Hartogh是Herschel Key计划的首席研究员“太阳系中的水和相关化学”在其中进行了观测“毕竟,Shoemaker-Levy 9在中纬度南纬地区击中了木星”2010年,天文学家再次用PACS观测了木星,这次收集了更大的光谱整个行星盘上的点数使他们能够获得精确的木星发射图,其高度为664微米对应于水的许多光谱特征之一的波长将该地图与来自美国宇航局红外望远镜设施(IRTF)的探测大气温度的中红外数据进行比较表明,用赫歇尔检测到的水排放不对称与温度波动无关并且必定是由于地球周围的水分布不均匀“两个半球之间的不对称表明水在一次事件中被输送,并排除冰环或卫星作为候选源,”卡瓦利说“当地消息来源将提供稳定的水的供应,随着时间的推移会导致平流层的半球形对称分布取决于化学物种是以中性还是电离的形式运输,当地的水源会导致极地或沿赤道的浓度更高,但不是在南北不对称,“他补充说,PACS数据,使天文学家能够进行以极高的空间分辨率在木星圆盘上散射光谱,并通过一组HIFI的高光谱分辨率测量补充,在行星盘的25个点处拍摄,这些光谱的中心位于1795微米,另一个波长对应于水分子的发射线这张照片显示的是木星撞击彗星Shoemaker-Levy 9后于1994年7月在南半球中纬度地震袭击了该星球</p><p>这张照片于1994年7月20日以近红外波长拍摄,红外相机MAGIC在35米望远镜处拍摄德国 - 西班牙Calar Alto天文台在行星的左下缘,可以看到由彗星的最后一个碎片撞击产生的爆炸云</p><p>右侧的亮点是其他影响留下的热痕迹碎片Calar Alto天文台/ Max Planck天文学研究所,德国海德堡“利用HIFI数据的高光谱分辨率,我们可以探测垂直在木星的平流层中分布水,“Hartogh解释说,”这是我们的“吸烟枪”证据,排除其他可能的来源并证实目前木星平流层中至少95%的水是由彗星Shoemaker-Levy彗星带来的9“HIFI光谱表明大部分水被限制在低于2毫巴的压力,相当于高平流层高度 - 远高于对流层的最高部分 对流层位于平流层之下,位于木星的低层大气中,其最上层可被视为可见的行星“表面”对流层的这一部分也被称为“冷阱”,因为它可以防止水下蒸气从下面升起进入平流层,由于低温,它会凝结成冰因此,平流层中的任何微量水都必须从外部来源传递</p><p>此外,平流层下层缺水确定了这种水的来源零星的事件:如果它是由行星际尘埃颗粒带来的,它将有更多的时间在整个平流层重新分配,它的垂直分布将延伸到更低的高度</p><p>结果不排除行星际尘埃颗粒,结冰环和卫星或其他彗星撞击可能会给木星的平流层带来水,但与此相比只有少量1994年影响“由于我们在木星的平流层中看到的大部分水在过去一次交付,我们预计其内容将在多年内缓慢下降,我们计划继续监测木星与瑞典领导的奥丁研究这一减量的航天器,“Cavalié说到2030年代,当欧洲航天局的木星冰冷探测器(JUICE)任务将到达木星系统时,大量的水将仍然存在于地球的平流层中</p><p>其他目标中,任务的亚毫米波仪器(SWI)将针对各种分子 - 包括水 - 作为示踪剂来研究木星大气中的环流,风和其他现象“我们现在可以肯定,目前木星平流层中存在的大部分水是壮观的1994年断裂的残余物 - 彗星Shoemaker-Levy 9的影响,以及随后的影响,“ESA的Herschel项目科学家GöranPilbratt评论”在土星的战斗中显示出水后Herschel现在已经在最大的行星中阐明了它的起源,在太阳系中绘制了多年的水历史“出版物:T”,并且可能也在土卫六的大气层中,由土卫二提供</p><p> Cavalié等人,“来自Herschel-HIFI和PACS观测的木星平流层中水的空间分布”,2013,Astronomy&Astrophysics,553,A21; doi:101051 / 0004-6361 / 201220797来源:欧洲航天局图片:R Evans,J Trauger,H Hammel和HST Comet科学团队; ESA / Herschel /TCavalié等;木星形象:NASA / ESA / Reta Beebe(新墨西哥州立大学); NASA,ESA,H Weaver和E Smith(STScI)以及J Trauger和R Evans(喷气推进实验室); Calar Alto天文台/ Max Planck天文学研究所,....