木星“隱形超級風(fēng)暴”釋放超強(qiáng)閃電 強(qiáng)度或遠(yuǎn)超地球百倍

據(jù)美國加州大學(xué)伯克利分校研究團(tuán)隊(duì)最新報(bào)告，太陽系最大行星木星上的部分風(fēng)暴正在釋放威力驚人的閃電，其強(qiáng)度可能達(dá)到地球閃電的100倍，甚至還可能更強(qiáng)。 研究人員依據(jù)美國國家航空航天局“朱諾”號探測器獲取的數(shù)據(jù)指出，這些新發(fā)現(xiàn)為理解木星極端天氣系統(tǒng)及行星大氣中的對流機(jī)制提供了重要線索。

這項(xiàng)研究基于“朱諾”號自2016年以來環(huán)繞木星運(yùn)行期間采集的觀測數(shù)據(jù)。 探測器搭載的微波輻射計(jì)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(chǎn)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(xiàn)象，不僅有助于認(rèn)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(xué)伯克利分校空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)室行星科學(xué)家邁克爾·黃指出，過去十年間，科學(xué)界已經(jīng)在地球強(qiáng)雷暴上方陸續(xù)識別出多種“瞬態(tài)發(fā)光事件”，包括紅色精靈、噴流、暈光和ELVEs等毫秒級電現(xiàn)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(huán)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(tuán)隊(duì)指出，正因如此，木星風(fēng)暴在發(fā)展過程中需要積累更強(qiáng)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(qiáng)風(fēng)以及極其猛烈的云間閃電。

事實(shí)上，幾乎所有飛掠木星的航天器都曾探測到閃電現(xiàn)象。 由于木星夜面較暗，早期任務(wù)通常只能看到最明亮的閃光，這一度讓科學(xué)界認(rèn)為木星閃電遠(yuǎn)強(qiáng)于地球。 不過，隨著“朱諾”號上高靈敏度恒星跟蹤相機(jī)發(fā)現(xiàn)大量與地球相近的弱閃電，這一認(rèn)識曾被部分修正。 研究人員同時(shí)指出，單純依靠夜面可見光觀測可能會造成誤判，因?yàn)楹裨茖訒诒尾糠止饩€，讓閃電看起來比實(shí)際更弱。

相比之下，微波輻射計(jì)能夠穿透云層，因此被認(rèn)為更適合用于評估閃電真實(shí)強(qiáng)度。 但木星大氣帶寬廣，多個(gè)風(fēng)暴常常同時(shí)發(fā)生，使研究人員難以將某一次無線電脈沖準(zhǔn)確對應(yīng)到某一場具體風(fēng)暴上；如果無法鎖定閃電源頭，就很難精確計(jì)算單次閃電的能量。

轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在2021年至2022年間。 當(dāng)時(shí)木星北赤道帶的風(fēng)暴活動一度減弱，研究團(tuán)隊(duì)得以結(jié)合哈勃空間望遠(yuǎn)鏡、“朱諾”號相機(jī)以及業(yè)余天文學(xué)家的觀測，鎖定若干彼此孤立的風(fēng)暴系統(tǒng)。 邁克爾·黃將這類風(fēng)暴稱為“隱形超級風(fēng)暴”。 這些風(fēng)暴可持續(xù)數(shù)月，并會像更大型的超級風(fēng)暴那樣重塑周邊云層結(jié)構(gòu)，只是其云頂高度沒有那么高。

在這段觀測窗口期內(nèi)，“朱諾”號共12次飛越孤立風(fēng)暴，其中4次距離足夠近，能夠探測到閃電產(chǎn)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(gè)獨(dú)立脈沖。 在總計(jì)613個(gè)脈沖樣本中，研究人員估算木星閃電強(qiáng)度從與地球相當(dāng)?shù)匠^地球100倍不等。 研究團(tuán)隊(duì)也強(qiáng)調(diào)，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(qiáng)上百萬倍。

關(guān)于閃電總能量的換算，參與研究的捷克布拉格查理大學(xué)及捷克科學(xué)院空間物理學(xué)家伊萬娜·科爾馬紹娃指出，這一過程十分復(fù)雜，因?yàn)殚W電會以無線電、光、熱、聲音以及化學(xué)反應(yīng)等多種形式釋放能量。 按照地球標(biāo)準(zhǔn)，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(shí)。 邁克爾·黃據(jù)此估計(jì)，木星上的單次閃電可能釋放出相當(dāng)于地球閃電500倍至最多1萬倍的能量。

研究人員認(rèn)為，木星閃電的形成機(jī)制大體上可能與地球類似，即上升的水蒸氣凝結(jié)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(fā)放電。 不過，木星上的冰粒除了水之外還含有氨，科學(xué)界提出一種設(shè)想：這些成分可能結(jié)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(guān)。

盡管新研究帶來了更清晰的觀測證據(jù)，木星閃電為何如此強(qiáng)大，仍是未解之謎。 研究人員指出，更強(qiáng)的閃電意味著更高的電壓，但究竟是氫主導(dǎo)的大氣環(huán)境與地球氮氧大氣的差異在起關(guān)鍵作用，還是因?yàn)槟拘秋L(fēng)暴高度超過100公里、遠(yuǎn)高于地球約10公里的雷暴系統(tǒng)，抑或是木星濕對流在爆發(fā)前需要積累更多熱量，目前都還沒有定論。 相關(guān)團(tuán)隊(duì)表示，這一領(lǐng)域仍處于活躍研究階段。

這項(xiàng)題為《2021—2022年木星“隱形超級風(fēng)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(fā)表在《AGU Advances》期刊上，研究獲得美國國家航空航天局資助。