半個(gè)多世紀(jì)以來(lái),從1979年旅行者1號(hào)首次捕捉到木星閃電的蹤跡開始,科學(xué)家就一直對(duì)這顆氣態(tài)巨行星的雷電現(xiàn)象充滿好奇,同時(shí)也始終有著一個(gè)根深蒂固的片面認(rèn)知:木星上的閃電全是遠(yuǎn)超地球的超級(jí)閃電,光能量就和地球最強(qiáng)的超級(jí)閃電相當(dāng),甚至更強(qiáng)。
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但NASA朱諾號(hào)探測(cè)器的最新觀測(cè),徹底刷新了我們延續(xù)數(shù)十年的認(rèn)知,而揭開這個(gè)秘密的,是木星上一群特殊的隱形超級(jí)風(fēng)暴。
這項(xiàng)研究于2026年3月發(fā)表在《美國(guó)地球物理學(xué)會(huì)進(jìn)展》期刊上。
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過去我們對(duì)木星閃電的了解,幾乎全部來(lái)自夜側(cè)光學(xué)成像。
就像在漆黑的夜晚,我們只能看到遠(yuǎn)處最亮的探照燈,卻看不見近處普通的手電筒,早期航天器只能捕捉到木星上最亮、能量最高的閃電閃光,再加上木星厚厚的云層會(huì)遮擋大部分光線,這樣的條件讓我們始終只能看到閃電群體里最極端的個(gè)例,自然就得出了木星閃電全是超級(jí)閃電的結(jié)論。
哪怕后來(lái)朱諾號(hào)的高靈敏相機(jī)拍到了一些和地球普通閃電能量相近的較弱閃光,卻依舊無(wú)法擺脫云層遮擋帶來(lái)的測(cè)量偏差,故而無(wú)法完整描繪木星閃電的全貌。
而朱諾號(hào)上搭載的微波輻射計(jì)(MWR),給了我們一個(gè)看穿木星云層的全新視角。
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早在2018年,科學(xué)家就已經(jīng)用這個(gè)儀器探測(cè)到了木星閃電發(fā)出的無(wú)線電信號(hào),它原本是用來(lái)探測(cè)木星大氣深處的溫度和成分,卻成了觀測(cè)閃電的絕佳工具,它能捕捉閃電發(fā)出的600兆赫茲高頻無(wú)線電信號(hào),這種信號(hào)能毫無(wú)阻礙地穿透木星厚厚的云層,不會(huì)被遮擋,也不會(huì)受晝夜限制。
但很長(zhǎng)一段時(shí)間里,科學(xué)家們拿著這些數(shù)據(jù),卻始終算不準(zhǔn)木星閃電的真實(shí)功率。
問題的核心來(lái)自兩方面:
一是木星微波輻射計(jì)的600MHz通道,半功率波束寬度有21度,波束外也能收到信號(hào),只是會(huì)有衰減,一個(gè)檢測(cè)到的信號(hào),既可能是波束中心的弱閃電,也可能是波束邊緣的強(qiáng)閃電;
二是木星的大氣層里,同一區(qū)域常年同時(shí)有多場(chǎng)風(fēng)暴活躍,就像一個(gè)擠滿了人的房間,所有人都在同時(shí)說話,你聽到了聲音,卻根本分不清聲音來(lái)自哪個(gè)人,更算不準(zhǔn)這個(gè)聲音原本有多大。
無(wú)線電信號(hào)的強(qiáng)弱,既和閃電本身的功率有關(guān),也和閃電源的位置、離探測(cè)器的距離息息相關(guān),兩個(gè)因素混在一起,科學(xué)家們始終無(wú)法把它們分開,這就是測(cè)量里最棘手的位置-功率簡(jiǎn)并難題。
轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在2021到2022年。
木星的北赤道帶,這個(gè)原本常年被濕對(duì)流風(fēng)暴填滿的區(qū)域,突然陷入了前所未有的安靜期,2021年初,這里所有的對(duì)流活動(dòng)全部停止,放眼望去,沒有任何風(fēng)暴活動(dòng)。
直到幾個(gè)月后,風(fēng)暴才慢慢恢復(fù),但它們沒有像往常一樣遍布整個(gè)區(qū)域,而是只集中在一個(gè)孤立的經(jīng)度上,一場(chǎng)接著一場(chǎng)地出現(xiàn),周圍沒有任何其他風(fēng)暴干擾。
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這些風(fēng)暴被研究團(tuán)隊(duì)命名為隱形超級(jí)風(fēng)暴。
它們具備木星經(jīng)典超級(jí)風(fēng)暴的大部分核心特征:
能持續(xù)數(shù)月活動(dòng),漂移過程中會(huì)改變周圍的云層結(jié)構(gòu),蘊(yùn)含著極強(qiáng)的對(duì)流能量;但它又和普通超級(jí)風(fēng)暴不一樣,一方面不會(huì)把云頂氣溶膠沖到極高的高空,在甲烷波段的望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)里不會(huì)亮得格外顯眼,另一方面風(fēng)暴羽流是間歇性爆發(fā)的,不是持續(xù)活躍,就像穿上了隱身衣,很容易被忽略。
而對(duì)閃電研究來(lái)說,這場(chǎng)孤立的風(fēng)暴,是百年難遇的完美觀測(cè)樣本。
在木星的北赤道帶區(qū)域,只有這里有風(fēng)暴活動(dòng),所有從這片區(qū)域捕捉到的閃電無(wú)線電信號(hào),都只能來(lái)自這里。
所以研究團(tuán)隊(duì)終于能精準(zhǔn)鎖定閃電的位置,徹底把位置和功率兩個(gè)因素拆分開,首次測(cè)到了木星閃電真實(shí)的功率分布。
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在4次近距離飛越中,朱諾號(hào)一共捕捉到了613個(gè)獨(dú)立的閃電脈沖,平均每秒能記錄3個(gè)脈沖,最密集的一次飛越,短短時(shí)間里就抓到了206個(gè)信號(hào)。
測(cè)量結(jié)果刷新了過往的認(rèn)知:經(jīng)過靈敏度偏差校正后,這些閃電的等效輻射功率中位數(shù),落在27瓦到214瓦之間。
需要特別說明的是,這個(gè)數(shù)值是儀器0.1秒積分時(shí)間里的平均功率,而木星閃電真實(shí)的脈沖時(shí)長(zhǎng)只有0.3~16毫秒,因此它的真實(shí)瞬時(shí)功率,可能是測(cè)量值的6到300多倍。
這并不是說木星沒有超級(jí)閃電。
研究團(tuán)隊(duì)也確實(shí)捕捉到了少數(shù)極端脈沖,最強(qiáng)的一個(gè)峰值功率達(dá)到了5.3兆瓦,按照論文里比典型脈沖強(qiáng)100~1000倍即為超級(jí)閃電的定義,這些就是不折不扣的木星無(wú)線電超級(jí)閃電。
但這次觀測(cè)最大的意義,是我們第一次看到了木星閃電分布的主體,而不是只看到尾巴上的極端值,就像我們終于看清了整個(gè)班級(jí)的學(xué)生,而不是只盯著考滿分的尖子生。
當(dāng)然,木星和地球閃電的強(qiáng)度對(duì)比,依然存在一些不確定性。
我們這次測(cè)量的是600兆赫茲的高頻無(wú)線電信號(hào),而地球閃電的常規(guī)測(cè)量大多在更低的頻段,就像用高音喇叭和低音喇叭分別測(cè)了兩個(gè)聲音,直接對(duì)比會(huì)有誤差。
結(jié)合脈沖時(shí)長(zhǎng)和頻譜規(guī)律換算,木星閃電的功率,最低可能和地球閃電相當(dāng),最高則可能達(dá)到地球的一百萬(wàn)倍。
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但可以確定的是,木星上絕大多數(shù)的閃電,并不是我們之前以為的毀天滅地的模樣,而是有和地球閃電相近的常規(guī)群體。
對(duì)天文學(xué)家來(lái)說,閃電是木星大氣對(duì)流的信號(hào)燈,哪里有閃電,哪里就有劇烈的濕熱空氣上升運(yùn)動(dòng)。
木星的大氣以氫氣為主,與地球以氮?dú)鉃橹鞯拇髿馔耆煌睗竦目諝庠谀拘巧细兀识y被抬升,然而,在這樣的環(huán)境下卻能夠形成風(fēng)暴與閃電,這無(wú)疑表明在此過程中積累了極為龐大的能量。
搞清楚木星閃電的真實(shí)強(qiáng)度,我們就能反過來(lái)推算木星大氣深處的對(duì)流過程,甚至解開木星內(nèi)部的熱量如何向外傳遞的核心謎題。
這些關(guān)于木星的發(fā)現(xiàn),最終也會(huì)反過來(lái)讓我們更深刻地理解地球的天氣和風(fēng)暴系統(tǒng)。
如今,朱諾號(hào)依然在木星的軌道上持續(xù)飛行,這些隱形超級(jí)風(fēng)暴的閃電,到底是木星閃電的普遍現(xiàn)象,還是特殊個(gè)例?
氫氣主導(dǎo)的大氣,到底給閃電帶來(lái)了哪些我們還未發(fā)現(xiàn)的秘密?
這些問題的答案,或許就藏在它下一次飛越木星時(shí),傳回的那一串無(wú)線電脈沖里。
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