木星“隱形超級風暴”釋放超強閃電 強度或遠超地球百倍

據美國加州大學伯克利分校研究團隊最新報告，太陽系最大行星木星上的部分風暴正在釋放威力驚人的閃電，其強度可能達到地球閃電的100倍，甚至還可能更強。 研究人員依據美國國家航空航天局“朱諾”號探測器獲取的數據指出，這些新發現為理解木星極端天氣系統及行星大氣中的對流機制提供了重要線索。

這項研究基于“朱諾”號自2016年以來環繞木星運行期間采集的觀測數據。 探測器搭載的微波輻射計能夠捕捉閃電釋放出的無線電信號，其工作原理類似于地球上閃電對無線電通信產生的干擾，只不過探測的是位于無線電頻譜高頻端的微波信號。

研究人員表示，研究地球之外的閃電現象，不僅有助于認識其他行星的天氣過程，也能反過來幫助人類理解地球大氣中仍有許多未知的雷暴活動。 論文第一作者、加州大學伯克利分校空間科學實驗室行星科學家邁克爾·黃指出，過去十年間，科學界已經在地球強雷暴上方陸續識別出多種“瞬態發光事件”，包括紅色精靈、噴流、暈光和ELVEs等毫秒級電現象，這說明人們對閃電本身仍知之甚少。

在木星上，閃電被視為觀察大氣對流的重要窗口。 與地球不同，木星大氣以氫為主，潮濕空氣在這種環境中反而更重，因此更難被抬升。 相比之下，地球大氣主要由氮組成，而水汽比周圍空氣更輕，更容易上升形成對流。 研究團隊指出，正因如此，木星風暴在發展過程中需要積累更強的能量，一旦沖至高空，就可能以更劇烈的方式釋放出來，形成強風以及極其猛烈的云間閃電。

事實上，幾乎所有飛掠木星的航天器都曾探測到閃電現象。 由于木星夜面較暗，早期任務通常只能看到最明亮的閃光，這一度讓科學界認為木星閃電遠強于地球。 不過，隨著“朱諾”號上高靈敏度恒星跟蹤相機發現大量與地球相近的弱閃電，這一認識曾被部分修正。 研究人員同時指出，單純依靠夜面可見光觀測可能會造成誤判，因為厚云層會遮蔽部分光線，讓閃電看起來比實際更弱。

相比之下，微波輻射計能夠穿透云層，因此被認為更適合用于評估閃電真實強度。 但木星大氣帶寬廣，多個風暴常常同時發生，使研究人員難以將某一次無線電脈沖準確對應到某一場具體風暴上；如果無法鎖定閃電源頭，就很難精確計算單次閃電的能量。

轉機出現在2021年至2022年間。 當時木星北赤道帶的風暴活動一度減弱，研究團隊得以結合哈勃空間望遠鏡、“朱諾”號相機以及業余天文學家的觀測，鎖定若干彼此孤立的風暴系統。 邁克爾·黃將這類風暴稱為“隱形超級風暴”。 這些風暴可持續數月，并會像更大型的超級風暴那樣重塑周邊云層結構，只是其云頂高度沒有那么高。

在這段觀測窗口期內，“朱諾”號共12次飛越孤立風暴，其中4次距離足夠近，能夠探測到閃電產生的微波信號。 探測器記錄到平均每秒3次閃電，在其中一次飛越中甚至捕捉到206個獨立脈沖。 在總計613個脈沖樣本中，研究人員估算木星閃電強度從與地球相當到超過地球100倍不等。 研究團隊也強調，由于不同研究采用的無線電波長并不一致，這類跨行星對比仍存在一定不確定性；另有研究甚至推測，木星閃電可能比地球強上百萬倍。

關于閃電總能量的換算，參與研究的捷克布拉格查理大學及捷克科學院空間物理學家伊萬娜·科爾馬紹娃指出，這一過程十分復雜，因為閃電會以無線電、光、熱、聲音以及化學反應等多種形式釋放能量。 按照地球標準，一次閃電通常釋放約10億焦耳能量，足以為200戶普通家庭供電1小時。 邁克爾·黃據此估計，木星上的單次閃電可能釋放出相當于地球閃電500倍至最多1萬倍的能量。

研究人員認為，木星閃電的形成機制大體上可能與地球類似，即上升的水蒸氣凝結成水滴和冰晶，在碰撞過程中積累電荷，最終形成巨大的電壓差并觸發放電。 不過，木星上的冰粒除了水之外還含有氨，科學界提出一種設想：這些成分可能結合成類似“冰沙冰雹”的“蘑菇球”，并在大氣中下落，這或許與閃電的形成過程密切相關。

盡管新研究帶來了更清晰的觀測證據，木星閃電為何如此強大，仍是未解之謎。 研究人員指出，更強的閃電意味著更高的電壓，但究竟是氫主導的大氣環境與地球氮氧大氣的差異在起關鍵作用，還是因為木星風暴高度超過100公里、遠高于地球約10公里的雷暴系統，抑或是木星濕對流在爆發前需要積累更多熱量，目前都還沒有定論。 相關團隊表示，這一領域仍處于活躍研究階段。

這項題為《2021—2022年木星“隱形超級風暴”閃電無線電脈沖功率分布》的研究論文已于2026年3月20日發表在《AGU Advances》期刊上，研究獲得美國國家航空航天局資助。