您的瀏覽器不支援JavaScript功能,若網頁功能無法正常使用時,請開啟瀏覽器JavaScript狀態。 中央氣象局數位科普網-木星的大紅斑
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2019/07/08
木星的大紅斑

 

浩瀚的宇宙充滿無數星辰,雖然以人類目前有限的科技,還沒有辦法探索遙遠空間外的星星,但是一直以來,透過發射無人太空船的探測與記錄,我們持續不斷地對太陽系內的其他行星進行探索,從這些太空探測器傳送回來的訊息,人類得以認識這些地球的鄰居。

木星(Jupiter)是太陽系中從太陽數過來的第5顆行星,在夜空中因為亮度極高所以容易觀測,是除了月亮、金星以外,在夜裡第三亮的天體。木星繞行太陽一周需要將近12年的時間,經人類長期觀察星象後發現,木星在如球型天幕(天球,Celestial sphere)的蒼穹中,「視運動(註)」的速度每年大約移動1個星座,剛好與12地支(子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥)的個數相同,因此中國人古時候稱木星為「歲星」。西漢時司馬遷觀察木星,發現它的顏色為青色,於是就與「五行」學說(宇宙間的一切事物,都是由木、火、土、金、水五種物質元素所組成;且自然界各種事物和現象的發展及變化,都是這五種物質不斷運動和相互作用的結果。)聯繫在一起,因此命其名為木星。

(註:天體視運動是地面觀察者直接觀測到的天體運動情形,如同日昇日落感覺是太陽繞行地球,但實際上是因為地球自轉的關係,所造成的一種視覺假象。)

木星小檔案

木星是太陽系裡最大的行星,直徑為142,984公里,體積比太陽系其他行星的總和還要大得多。木星的表面主要是氣體,組成的成分有將近90%氫氣與約10%的氦氣,所以木星被稱作「氣態行星」。由於木星沒有所謂的「表面」,太空船如果墜入木星的大氣層,周圍的氣體密度會隨著深度加深而逐漸提高,由氣體變成液體、再變成泥狀,科學家猜測可能要到最中心才會遇到堅硬的表面。木星自轉的速度是太陽系所有行星中最快的,只需要約9小時55分的時間就能自轉一周;由於速度極快,因此木星的形狀呈扁球狀,赤道微微隆起。

由航海家1號傳回的木星圖片。

木星

木星的美麗印記—大紅斑

以天文望遠鏡觀察木星,會發現它是一顆有許多彩色條紋交雜的美麗行星,這些條紋是來自木星大氣層頂端50公里的複雜雲層結構,結構分為顏色較深的「帶(belt)」,以及顏色較明亮的「區(zone)」。這些不同顏色的條紋,是由木星上的風場與複雜的雲層交互作用所造成;其中最引人注意的,就是木星的「大紅斑(Great Red Spot)」。

歷史上對於木星大紅斑的觀察記錄,最早大約是喬凡尼‧卡西尼(Giovanni Domenico Cassini)於西元1665年所描述的木星的「永久性斑點」,而後在1665年至1713年之間,陸陸續續都有觀測到「卡西尼斑點」的記錄;在1700年左右,由多納托‧克雷蒂(Donato Creti)繪製的星空版畫中,也繪出木星的大紅斑;近代從1830年代開始,便持續有天文科學家對大紅斑進行觀測與記錄。如此算來,人類觀察大紅斑的歷史已經超過350年。

1700年代左右繪製的星空圖中,木星的表面已有條紋與大紅斑的存在。

多納托‧克雷蒂(Donato Creti)所繪製的星空圖

大紅斑的結構與成因

所謂「木星的大紅斑」就是位於赤道以南22°左右的「巨大反氣旋風暴(Anticyclone Storm)」,這個風暴以逆時針方向旋轉,週期大約是6日。它的範圍極大,足以容納2到3個地球。從紅外線的資料來看,大紅斑比起木星上其他雲彩的範圍都來得大,而且溫度比較冷,表示大紅斑的高度較高,且其雲頂高度可能達8公里左右。大紅斑出現的緯度變化不大,但是經度卻時常改變,這是因為大紅斑上各緯度之間的轉速不同所造成。至於大紅斑的顏色為什麼是紅色呢?科學家們有許多不同的假設,有些人在實驗室用模擬器加以研究,發現:利用紫外線模擬太陽光照射木星上已存在的氨氣和乙炔氣體時,會產生一種紅色的物質;將此紅色物質成分,跟可見光與紅外成像分光儀(Visual-Infrared Mapping Spectrometer, VIMS)觀察的木星資料予以比對,兩者居然匹配。因此天文科學家推論:「木星的大紅斑顏色,是受到太陽輻射影響所致」。

大紅斑會消失嗎?

木星的大紅斑是目前太陽系已知最大的風暴系統,根據歷史上的觀測記錄,科學家推斷這個風暴已經持續了超過300多年,而且大紅斑的形狀與大小隨時都在改變。那麼大紅斑未來會有什麼變化呢?

1800年代左右,大紅斑的長軸估計有4萬1,000公里寬(相當於地球直徑的3倍左右)。但是從1930年代開始,科學家就發現到大紅斑似乎在縮小當中;2017年4月時,科學家觀測到的大紅斑寬度只剩下1萬6,000公里。為什麼大紅斑的範圍會縮小呢?目前科學家還不知確實的真正原因,推測可能是較小的渦流(Eddies)在匯入大紅斑的過程中時,造成大紅斑的內動力學(Internal Dynamics)與能量突然改變所致,但是這項理論還需要進一步的驗證。

美國太空總署(NASA)於2011年8月5日發射升空的太空探測器朱諾號(Juno),已經在2016年7月5日進入木星的極軌道,並於2017年7月中旬近距離飛越木星的「大紅斑」上方,朱諾號藉此機會拍攝了「大紅斑」有史以來最清晰的照片,並傳送回地球。由朱諾號所拍攝的照片顯示,現在的「大紅斑」已經由眼狀慢慢變成圓形,縮小的速度似乎也在加快當中。因此朱諾號所傳送回來的影像畫面,將可以幫助科學家更加了解「大紅斑」內部的動力結構;因為內部的動力結構可能提供風暴能量,也可能將風暴的能量吸走。所以天文科學家們都期待朱諾號能在環繞木星軌道的20個月期間,盡量收集木星與木星大紅斑的相關資訊,藉此讓我們可以更加了解「大紅斑」未來的可能變動趨勢。

美國太空總署(NASA)所發射升空的朱諾號(Juno)太空探測器,於2017年7月11日傳回的「木星大紅斑」影像。

木星大紅斑
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