天文--木星的大红斑

　　大红斑是木星最具标志性的特征，就像木星的一只神秘眼睛。那是怎样的存在呢?下面我们就来看看吧!

　　木星的大红斑

　　木星表面的大多数特征变化倏忽，但也有些标记具有持久和半持久的特征，其中最显著最持久，也是人们最熟悉的特征要算大红斑了。

　　大红斑是位于赤道南侧、长达2万多公里、宽约1.1万公里的一个红色卵形区域。从17世纪中叶，人们就开始对它进行时断时续的观测，1879年以后开始对它进行连续的记录，并发现它在1879～1882年，1893～1894年，1903～1907年，1911～1914年，1919～1920年，1926～1927年，特别是在1936～1937年，1961～1968年，以及1973～1974年这些年代中，变得显眼和色彩艳丽，在其他时间显得暗淡，只略微带红有时只有红斑的轮廓。

　　大红斑是个什么结构?为什么是红色的?如何能持续这么长的时间?要了解这些问题，仅凭地面观测实在是无能为力的。

　　按照科学家雷蒙·哈依德的理论，大红斑是位于其下面的某种像山一类的永久特征所造成的大气扰动。但是“先驱者”发现木星表面是流体，完全排除了木星外层具有固态结构表面的可能性，上述理论也就是自然被抛弃了。

　　“旅行者1号”发回的照片使人清晰地看到，大红斑宛如一个以逆时针方向旋转的巨大漩涡，其浩瀚宽阔足以容纳好几个地球。从照片上还可以分辨出一些环状结构。仔细研究后，科学家们认为，在木星的表面覆盖着厚厚的云层大红斑是耸立于高空、嵌在云层中的强大旋风，或是一团激烈上升的气流所形成的。

　　在木星上，类似大红斑的特征还有一些。譬如，在大红斑的偏南处，有3个白色卵形结构，它们首次出现于1938年。另外，1972年，地面观测发现木星的北半球上出现一个小红斑，18个月以后“先驱者10号”到达木星时，发现其形状和大小几乎同大红斑相似。再过一年，“先驱者　11号”经过木星时，这个红斑竟踪迹皆无，看来这个红斑只存在了两年左右。

　　木星上的斑状结构一般持续几个月或几年，它们的共同特点是在北半球作顺时针方向旋转，在南半球作逆时针旋转气流从中心缓慢地涌出，然后在边缘沉降，遂形成椭圆形状。它们相当于地球上的风暴，不过规模要大得多持续时间也长得多。

　　木星云的绚丽多彩，证明木星大气有着十分活跃的化学反应。在探测器拍摄的照片上，可以看到木星大气明暗交错的云带图形。从南极区到北极区依稀可辨17个云区或云带。它们的颜色、亮度均不相同，也许是氨晶体所组成;褐色云带的云层要深些，温度稍高，因而大气向下流动;蓝色部分则显然是顶端云层中的宽洞，通过这些空隙方可看到晴朗的天空。蓝云的温度最高，红云的温度最低。据判断，大红斑是一个很冷的结构。令人不解的是如果按平衡状态而言，所有的云彩都应该是白色的，只有当化学平衡被破坏后，才会出现不同的颜色那么是什么破坏了化学平衡呢?科学家们推测，可能是荷电粒子、高能光子、闪电，或是沿垂直方向穿过不同温度区域的快速物质运动。

　　大红斑的橙红色一直使人困惑不解。有人认为是大红斑中上升气流形成的云中放电现象。为此，美国马里兰大学的一位名叫波南贝罗麦的博士做了一个有趣的实验。他在一只长颈瓶中放上木星大气中存在的一些气体，如甲烷、氨、氢等，对这些气体施加电火花作用，结果发现原先无色的气体变成云状物，一种淡红色的物质沉淀在瓶壁上这个实验为人们解开大红斑颜色之谜似乎提供了某种有益的启示。相当一部分天文学家认为，磷化物可以说明大红斑的颜色。

　　自从卡西尼发现大红斑以来，到今天已有300多年了，它为什么能持续如此长的时间呢?有人认为木星的大气又密又厚是大红斑长寿的主要原因，但这只是一种猜测。

　　大红斑和木星上其他卵形结构的长寿，主要包含两个问题：一个是这些斑状结构必须是稳定的，不然它们只能存在几天;另一个就是能源问题，一个稳定涡流如果没有能源维持，很快就会下沉。

　　木星大红斑每小时时速可达400千米，而地球上的龙卷风最高时速连它的3/4都达不到，而且持续时间与木星大红斑大小都比地球龙卷风长和大。至于这是为什么至今仍是个迷。

　　美国宇航局通过一系列观测发现木星大红斑正处于缩小状态，未来的时间里可能变得更小。早在1800年人们就对木星大红斑进行了观测，估计直径大约为40000公里，美国宇航局1979年和1980年观测其直径变为22500公里，而NASA的观测发现木星的大红斑直径大约为16100公里，红斑直径变得越来越小。

　　木星的大红斑其实是一个巨大的超级风暴，可以容纳下三至四个地球，自望远镜发明以来人们就对木星等天体进行观测，这也是太阳系中最大的超级风暴，外部出现深红色，并镶嵌着淡黄色、橙色和白色结构。图中显示的为木星2014年的大红斑，在1995年、2009年以及2014拍摄的木星大红斑，我们可以明显看出其大小正在变小，风暴的速度在每小时数百英里，其规模在太阳系中堪称一绝。

　　对于大红斑为什么会出现变小的趋势，科学家仍然还不得而知，根据最新的估计，其大小可能缩小了1000公里，大约为621英里，来自美国宇航局戈达德空间飞行中心的科学家艾米·西蒙认为大红斑外围风圈的缩小可能与内部的小型涡流有关，其实这些小涡流是大红斑的组成部分，如果外部结构变小，说明其内部的涡流受到了某种因素的干扰，后续的调查计划将围绕着木星大气层内发生变化为主，探索为什么风暴能量会出现减弱，导致大红斑萎缩。

　　除了旅行者探测器曾经对木星进行调查外，美国宇航局的卡西尼探测器也拍摄到木星上的大红斑，从2012年开始，业余观测者也对木星的大红斑进行调查，他们也发现大红斑出现了缩小的迹象，其年变化速率大概在500英里左右，这说明大红斑的内动力仍然较强，但出现了能量减少的迹象，可能与木星大气层中发生的某些事件有关联。

　　拓展

　　在1610年，意大利天文学家伽利略用自制的望远镜， 发现了木卫一、木卫二、木卫三和木卫四。后来这4颗卫星被称为伽利略卫星。这4颗伽利略卫星的质量都比冥王星大，其中木卫三是太阳系中最大的卫星，直径超过水星。

　　4颗伽利略卫星的轨道内部，又有4颗木星卫星，它们分别是木卫十六、木卫十五、木卫五、木卫十四，其中木卫十六是离木星最近的卫星。从伽利略卫星向外， 按距离依次为木卫十三、 木卫六、木卫十和木卫七，它们绕木星顺向旋转，周期为260天左右。再向外，依次为木卫十二、木卫十一、木卫八和木卫九，它们逆向旋转，周期为700天左右。这么多的卫星环绕着木星，也难怪木星有“小太阳系”的美称。