木星閃電有多強？最新研究顯示可能是地球最強閃電的百萬倍

一場持續數月的“隱形超級風暴”，揭示了這顆巨大行星的秘密

當閃電劃破天空時，地球上最強的“超級閃電”已足以讓人敬畏。但在木星上，閃電的威力可能是地球上最強閃電的100倍，甚至可能達到100萬倍。

一項最新研究揭示了這顆太陽系最大行星上閃電的真實威力。

在這張木星北極附近漩渦的照片中，NASA的朱諾號任務觀察到一道閃電發出的光芒。

圖源：NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

通過對NASA朱諾號探測器數據的深入分析，科學家們得以穿透木星厚密的云層，首次精確測量其閃電的強度。

木星閃電：被云層掩蓋的真相

木星，這顆太陽系中的“巨人”，擁有與之匹配的巨型風暴系統，其中一些風暴甚至持續了數個世紀。幾乎每一艘飛越木星的探測器都在這顆行星的夜面探測到了閃電現象。

然而，此前的研究基于只能探測到最強暗面閃光的任務，認為木星閃電與地球上最強的“超級閃電”相當。這個認知在2016年NASA朱諾號探測器進入木星軌道后被徹底顛覆，朱諾號的星敏感器相機（ star-tracking camera ）靈敏度足夠高，探測到了大量與地球閃電強度相當的微弱閃光。

研究主要作者、加州大學伯克利分校的行星科學家邁克爾·黃解釋說，問題在于，木星夜面成像面臨一個巨大的挑戰：云層會遮擋閃電的視野，這使得估算閃電的真實強度變得異常困難。

破解“隱形超級風暴”之謎

在這項新研究中，科學家們采用了全新的方法。他們沒有依賴光學成像，而是分析了朱諾號核心儀器探測到的木星閃電射電輻射。這種方法不受云層遮擋的影響，能夠更精確地測量閃電的真實功率。

研究人員面臨的挑戰是，木星常常同時經歷多場風暴，這些風暴分布在環繞行星的帶狀區域中。這使得確定朱諾號探測到的閃電具體來自哪場風暴變得異常困難。黃將這個問題比作“在春節游行中聽到一連串爆裂聲，卻不知道是幾英尺外的爆米花在炸，還是一個街區外的鞭炮在響”。

2021年9月的哈勃太空望遠鏡觀測顯示，北赤道帶（NEB）完全沒有對流活動。而在其他年份，北赤道帶內的小型對流風暴則數量眾多（粉色三角形所示）。2020年，北緯23°處曾爆發一場真正的超級風暴（藍色三角形所示），隨后演變為多個羽流（Sánchez-Lavega等人，2023年）。北赤道帶的范圍約為行星圖緯度7°至17°N（Fletcher等人，2016年；Rogers，1995年），這一范圍基于風急流的位置（右側黑色曲線，粉色速度刻度線表示-50至200米/秒的速度范圍，Wong等人，2020年）。北赤道帶在行星中心緯度坐標系（圖2-7所使用的坐標系）中的范圍約為6°至15.5°N。紅/綠/藍彩色合成圖像分別使用了F631N、F502N和F395N濾光片的數據構建。本圖改編自Simon和Wong（2024年）的研究成果。

轉機出現在2021年和2022年。木星北赤道帶的風暴活動出現了一段間歇期，這讓科學家們得以將注意力集中在單個大型風暴上。他們結合NASA哈勃空間望遠鏡、朱諾號和業余天文學家的圖像，精確定位了這些風暴的位置。

邁克爾·黃將這些風暴稱為“隱形超級風暴”。與木星真正的超級風暴類似，它們的活動持續了數月，但與真正的超級風暴不同，它們的云塔只達到了適中的高度。

朱諾號足夠接近其中四場隱形超級風暴，得以分析它們閃電產生的微波。在飛越過程中，探測器探測到的閃電平均每秒三次。通過對613次閃電脈沖的測量，科學家計算出它們的功率范圍從與地球閃電相當到地球閃電的100倍以上。

科學家們謹慎表示，由于他們是在不同射電波長上比較地球和木星的閃電輻射，估算存在不確定性。木星的閃電實際威力可能是地球閃電的100萬倍。

為什么木星閃電如此強大？

木星的閃電不僅本身引人注目，還能幫助解釋其大氣層和風暴的運行機制。與地球類似，木星也經歷著對流，將熱量從下方輸送上來的攪動過程。

邁克爾·黃解釋說，木星的對流機制與地球不同。地球大氣以氮氣為主，氮氣比水重，因此潮濕空氣比干燥空氣更具浮力。相比之下，木星大氣以氫氣為主，潮濕空氣反而更重，更難上升。

這意味著木星上的風暴需要更多能量才能上升，如果成功到達大氣層頂部，就會釋放出更多能量，導致高風速和強烈的閃電。

研究人員認為，木星閃電的產生機制很可能與地球相似：上升的水蒸氣在更高、更冷的海拔凝結成液滴和冰晶，從而帶電。然而，為什么木星閃電會更強大仍然是一個未解之謎。

邁克爾·黃在一份聲明中提出疑問：“關鍵差異在于氫大氣層與氮大氣層，還是木星上的風暴更高，因此涉及的距離更大？”。木星的風暴高度超過100公里，而地球的風暴高度僅約10公里。

“還是因為木星上的濕對流能夠獲得更多能量，在產生風暴引發閃電之前，需要積累更多的熱量？”

這些問題的答案，仍有待科學家們進一步探索。這項研究已于3月20日發表在《AGU Advances》期刊上。

參考

[1]https://www.space.com/astronomy/jupiter/lightning-on-jupiter-could-be-up-to-1-million-times-stronger-than-on-earth

[2]https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2025AV002083