木星是罗马神话中的众神之王，他把自己隐藏在云层中，以掩盖他的真实本性。但他的妻子，女神朱诺，能够看穿这层面纱，揭示他淘气的行为。
因此，以朱诺命名的环绕木星的美国宇航局探测器是恰如其分的。这颗气体巨行星用华丽的漩涡和云带遮蔽了其内部运作，而朱诺号轨道飞行器则负责探测这一屏障，以寻找有关该行星起源和演化的线索。 隐藏在下面的是什么秘密？
朱诺号最新的研究成果于 10 月 28 日发表在《科学》杂志上，它衡量了木星剧烈风暴的深度，包括其大红斑——一个比地球还宽的漩涡，已经剧烈搅动了数百年。 这些发现通过微波观测和重力测量相结合而收集，将帮助科学家描述木星天气的动态以及它如何随时间推移而冷却下来，从而深入了解我们太阳系内外仍然神秘的气体巨行星的诞生。
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“木星的美丽不仅仅是表面现象，”西南研究院的天体物理学家、朱诺任务的首席研究员斯科特·博尔顿说。“我们第一次看到了三维的大气层。”
哈佛大学理论行星科学家、其中一篇论文的合著者拉凯什·亚达夫说，凝视木星浓密的云层之下是了解宇宙中气体巨行星热量传递出来的更普遍的能量过程的关键。 “它不仅告诉我们这些行星目前的状况，还告诉我们它们过去可能发生的事情，”他说。 就木星这个我们太阳周围形成的第一个也是最大的行星而言，它的起源一定在塑造我们太阳系的其他部分方面发挥了重要作用。
木星以微波的形式释放出大部分内部热量，并且由于行星的温度随深度增加而升高，因此这些发射的频率在靠近木星表面时较高，而在更深处时较低。 朱诺号配备了一个微波辐射计，这是一种调谐到木星六个不同频率的微波传输的设备，每个值对应于不同的深度。 “这几乎就像我们在插入温度计，”博尔顿说。 借助辐射计，朱诺团队可以创建木星大气层的热图，并在大气层中不同高度寻找圆形特征，这表明存在涡流。 他们发现大红斑的根部延伸到云顶以下至少 240 公里处，远至微波辐射计可以看到的范围。
为了进行更深入的探测，研究人员转而研究木星重力场的扭曲，这通过行星自身对朱诺号的推拉作用来体现，从而略微改变了轨道飞行器相对于地球的速度和方向。 从木星收集的数据通过特定频率的无线电信号发送回我们的家园地球，但是朱诺号轨道上的这些微小偏差将导致该信号的频率发生变化； 当朱诺号远离地球时，频率会下降，而当飞行器被推回我们身边时，频率会上升。 通过测量朱诺号飞越大红斑时这些微小的偏移，科学家可以精确测量局部重力场以及巨大涡流延伸的深度。
重力数据表明，大红斑的大气“根部”延伸到木星云顶以下不超过 500 公里处。 博尔顿说，它可能不会在这个点上突然截止。 相反，它的涡流可能会逐渐消退，尽管要证实这一点，需要测量朱诺号目前无法分辨的频率偏移。
康奈尔大学行星科学家、朱诺任务的共同研究员乔纳森·卢宁认为，大红斑的深根可能解释了这场猛烈风暴的持久性。 他说，在地球上，驱动我们天气的能量主要来自云底水蒸气的凝结，这形成了雨、风和闪电等特征。 但是大红斑的底部远远超出了木星的云底。 “所以，它不仅仅是一个气象特征，”他说。 相反，它的环流一定是从大气层更深、更密集的层中汲取能量。
该仪器还观察到另外两场风暴，虽然这三场风暴的根部都超过了云底，但都没有像大红斑那样深入。 “这表明大红斑的驱动机制与其他涡流不同，”未参与该任务的亚利桑那大学行星科学家汤米·科斯基宁说。 但其中涉及的确切能量过程仍然未知。 原则上，进一步的澄清可能来自木星大气动力学与其他恒星周围气体巨行星的大气动力学的比较研究，即使后者远远超出了任何类似朱诺号的直接探测的范围。 科斯基宁说，与此同时，我们必须满足于对木星的奢华观测，“我们后院的气体巨行星”。
至于大红斑的命运——它是否会继续搅动多年，或者最终会缩小并完全消失——这个答案仍然隐藏在木星的云层背后。 无论如何，就目前而言：美国宇航局已将朱诺任务延长了四年，因此该团队的科学家期待着实验的下一阶段。 亚达夫尤其对更多数据感到兴奋，这些数据可以用作完善木星大气动力学随时间演变的模型的“观测锚”。 博尔顿还表示，朱诺号缓慢移动的轨道正在接近与行星北极的对齐，那里潜伏着另一场巨大的风暴。 当航天器飞越这个外星极地涡旋时，任务团队也将能够测量其稳定性、结构和深度，从而增加另一个与大红斑进行比较的数据点。
卢宁说：“这是对木星未知部分的探索”，这是第一次有机会观察天气如何在基本上是无底的气体巨行星大气层中运作。 “能够用朱诺号探测它是令人兴奋的。”