在天文学界,一项关于木星的重大发现正在颠覆长久以来的认知。长久以来,木星大气中明亮的云层被普遍认为是主要由冻结的氨冰颗粒构成。然而,这一观点在2025年初遭受了前所未有的挑战。
挑战来自于一个由天文爱好者和专业科研人员组成的团队。业余天文学家史蒂夫·希尔利用市售望远镜和传统光谱技术,捕捉到了一组异常数据。这些数据在经过与NASA朱诺号探测器、欧洲南方天文台甚大望远镜阵列的数据交叉验证后,揭示了一个令人震惊的事实:木星云层的主要成分可能并非氨冰。
木星的大气主要由氢和氦组成,占比超过99%,其余微量成分包括氨、甲烷、水蒸气及硫化物等。尽管这些微量成分含量微小,但它们因其独特的物理与光学特性,在木星不同高度分层聚集,形成了这颗气态巨行星绚丽多姿的云带。
希尔采用光谱分析这一经典而可靠的研究方法,通过望远镜搭载的滤镜,重点监测了可见光谱中619纳米和647纳米两个关键波段。这两个波长分别对应于甲烷和氨分子对光的强烈吸收带。由于甲烷在木星大气中的丰度相对稳定且已较为了解,希尔将其吸收特征作为“气压标尺”,根据吸收强度推算云层不同深度的气压值,再将其与氨的吸收谱线对比,理论上能精准绘制氨在木星的全球分布图。
然而,希尔的分析结果却显示,氨的信号最强区域并非位于理论预测的0.7巴(木星大气压单位)的上层区域,而是下沉到了2-3巴的深度,那里的温度更高、气压远超理论预期。这一发现直接挑战了“木星可见云顶主要由氨冰构成”的核心理论框架。
希尔的数据迅速得到了欧洲南方天文台甚大望远镜阵列以及NASA朱诺探测器观测结果的印证。三方数据交叉验证,共同指向一个结论:肉眼和探测器“看到”的木星明亮云顶,其反射阳光的主体物质可能并非氨冰。
科学家们开始将目光投向几种更复杂、更奇异的候选物质。在木星大气温度-压力剖面中,位于氨冰层下方存在一个适合氢硫化铵形成的区域。这种由氨和硫化氢在低温高压下结合形成的晶体化合物,同样具有反光能力。希尔等人的发现与此模型有吻合之处:氢硫化铵可能在上层云中占主导,而氨则下沉或作为其形成原料存在于下层。
另一备受关注的理论指向了光化学反应的产物。木星长期暴露于强烈的太阳紫外线辐射下,高层大气中的甲烷、氨等分子会发生复杂的光解和化学反应,生成具备反光能力的棕红色至暗棕色的碳氢化合物或杂环聚合物微粒,形成笼罩全球的“雾霾层”。这种雾霾颗粒不仅能解释木星云带的丰富色彩,也可能是希尔观测到的“非氨反光主体”。
木星高层大气中发生的剧烈光化学反应,很可能是导致纯氨晶体难以稳定存在于云顶的关键“隐形杀手”。当富含氨的气团在上升过程中抵达云顶附近时,会暴露于强烈的太阳紫外辐射下,氨分子极易被光解离,分解为氮气和氢气,或与其他自由基结合形成新化合物,这个过程会显著消耗云顶区域的纯氨含量。
2025年6月发表的一项突破性研究为木星的“童年”勾勒出一幅令人震撼的图景。加州理工学院康斯坦丁·巴特金教授团队通过分析木星两颗微小内卫星的轨道特征,得出惊人结论:约在太阳系第一批固体形成后的380万年,原始木星就已诞生,其质量相当于今天的近两倍,磁场强度可能高达现今的50倍。这一发现不仅印证了“核心吸积”巨行星形成理论,更表明木星曾以更庞大、更狂暴的形态,在太阳系早期扮演了引力“建筑师”的核心角色。
木星的诡异云层远不止于成分之谜。近年来,探测器捕捉到的诸多现象继续挑战着人类的认知。朱诺号近距离掠过时拍摄到一处位于漩涡中心的深黑云洞,其黑暗暗示可能穿透至异常深的大气层,成因至今未明。同时,朱诺号还记录下一片形似海豚的云层,生动展现了木星云层变幻莫测、湍流遍布的特性。
木星最著名的标志——大红斑,也在经历着显著变化。长期监测显示,大红斑正不断缩小并变得更圆,从1979年旅行者号记录的约5.6万公里直径缩减至今日约1.6万公里。科学家预测,在未来10-20年内,这个肆虐了至少350年的超级风暴可能退化为“大红圈”,甚至完全消散。
木星的秘密并未穷尽,每一次凝视都让我们更加深入地探索其奥秘。随着更多探测器的升空和更精密模型的建立,这颗气态巨行星的诡异云层终将为我们揭示太阳系诞生之初最狂暴的真相。