真实曝光土星巨型风暴横贯北半球

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　　目前这个巨型风暴的南北直径已经超过9000英里(约合 1.5万公里)，超过了一个地球直径。这是有史以来在土星大气中观察到的规模最大的风暴。就在卡西尼号探测器拍摄到首帧土星风暴图像的当天，飞船上搭载的无线电和等离子体波探测设备也记录到了风暴发出的电活动信号，数据显示这是一个剧烈的对流雷暴系统。其剧烈对流大约于今年6月底开始衰减，但是风暴系统搅动产生的巨型云系依旧在土星大气中迟迟没有消散，留存至今。
　　这个对流活动持续200天的雷暴云系也让它成为有记录以来持续时间最久的土星雷暴系统。之前的纪录保持者是1903年观测到的一个土星雷暴系统，当时它持续了大约150天。而21年前美国哈勃空间望远镜拍摄到的一次相似规模的风暴仅仅持续了55天。

　　安德鲁·林格索尔(Andrew Ingersoll)是来自加州理工学院的卡西尼探测器项目科学家，是一名成像小组成员，他说：“说起来这个土星风暴更像是一次火山爆发而不是天气系统。其内部的压力积聚经历很很长时间，然后发生了这样的风暴。有关这一点，神秘之处在于这里并没有什么岩石去阻止这种能量散发，那么究竟是什么机制在那么多年里阻止这种能量爆发的呢？”
　　作为成像小组“土星风暴观测行动”的一部分，小组控制卡西尼号探测器拍摄了数以百计的这一风暴云系的图像。这一工作是见缝插针地完成的，因为一切观测任务都是事先安排好的，卡西尼的相机必须负责对土星，它的光环和许多卫星目标进行成像，只有在这些任务执行的空挡，小组成员们才能抓拍土星风暴的壮观影像。结合卡西尼号自2004年以来获取的大量土星照片资料，科学家们现在可以追溯这个巨型风暴形成之前的土星大气变化状况，进而从中了解风暴的形成机制，风速变化以及这种变化发生的高度。

　　这个风暴系统最初出现的位置大致是在土星北纬35度左右，随后扩展到整个土星表面，覆盖大约50亿平方公里的面积(相当于10个地球的表面积)。在此之前卡西尼号探测器观测到的最严重风暴发生在土星南半球一个被叫做“风暴走廊”的纬度带，顾名思义这里经常发生风暴事件。那场风暴持续了数个月，从2009年一直延续至2010年。事实上那场风暴是几场单独的小型风暴组成的，它们每一个的延续时间都在5天左右，因此仅能对局地气候造成影响。但是现在我们观察到的这个巨型风暴规模不可同日而语，它持续超过200 天，几乎影响了整个土星北半球1/5地区的气候特征。
　　加州大学行星科学家，卡西尼探测器项目成像小组成员库尼·萨雅纳吉 (Kunio Sayanagi)说：“这个风暴和之前我们在土星上观察到的任何东西都不一样。事实上我们注意到这种大规模的风暴系统每隔20~30年就会出现一次，它可以向我们传递有关土星大气深层结构的重要信息，而我们还需要时间去解开这个奥秘。”

　　目前宇航局已经决定让卡西尼探测器继续运行，至少工作到2017年之后。这就给了科学家们机会对土星大气中的变化进行持续的监视。现在土星北半球正迎来夏季，科学家们将了解这里会发生什么样的变化。
　　卡西尼项目成像小组负责人，波尔多空间科学研究所的卡洛琳·波柯(Carolyn Porco)女士说：“正是得益于我们能够将探测器送至土星轨道，并使用各种精密仪器进行探测才让我们得以目睹这样一场壮观的奇景。进入土星轨道7年来的工作已经让卡西尼号探测器成为迄今人类执行过的最高产的探测任务之一。”

　　卡西尼-惠更斯探测器项目是一项由美国宇航局 (NASA)，欧洲空间局(ESA)以及意大利航天局共同执行的国际合作项目。设于加州帕萨迪纳的美国宇航局喷气推进实验室(JPL)负责整个项目的运行管理。JPL还负责设计并制造了探测器本体以及其上搭载的两台相机，图像处理工作则由设在美国科罗拉多州波尔多的空间科学研究所负责进行。
　　据美国宇航局网站报道，正在土星轨道运行的美国宇航局卡西尼号探测器和欧洲南方天文台的地基大型望远镜正在追踪土星北半球出现的一个特大型风暴的发展动向。这个风暴规模罕见，席卷土星全球。

　　卡西尼号探测器搭载的无线电和等离子波科学设备首先探测到土星大气深处存在一个巨大的湍流，随后在2010年12月份，地面上的业余爱好者们相继观测到土星大气表面出现一个巨大的风暴。随着其强度增加，这个风暴逐渐发展成为一个力量惊人的雷暴云团。这个风暴在土星动荡的大气中形成了一个直径超过3000英里(约合5000公里)的暗色漩涡，规模几乎和木星上的大红斑相当。
　　这种剧烈的动荡扰动了土星原本相对平静的平流层，形成一块相对温暖的区域，在红外波段看起来非常明亮，就像是一座星际灯塔。有关这项研究的详细论文将发表在本周出版的《科学》杂志。

　　雷·弗莱彻(Leigh Fletcher)来自英国牛津大学，他是这项研究的第一作者，同时也是卡西尼项目组的成员。他说：“地球上的任何风暴都不能和这个风暴系统相提并论。这样大规模的风暴是罕见的。在土星上，这样规模的风暴自从1876年有记录以来只观测到6次，最近的一次还是在1990年。”
　　这也是首次当风暴发生时在土星轨道上恰好有一艘人类的探测器，这也使它成为首个被在轨的宇宙飞船近距离仔细考察的土星风暴。除此之外它还是首个被从热红外波段进行研究的土星风暴，在这一波段土星的热辐射特征能让科研人员了解其大气温度分布，风速以及化学组成情况。

　　位于智利帕拉那山的欧洲南方天文台甚大望远镜(VLT)和卡西尼探测器的合成红外光谱仪(CIRS)小组通力合作，获取土星大气表面的温度数据。
　　格林·奥顿(Glenn Orton)是美国宇航局喷气推进实验室(JPL)的科学家，也是这一论文的合著者。他说：“我们的这次观测显示此次风暴事件对土星大气层产生了严重的影响，发生了能量和物质的远距离输送，并导致大气环流模式的改变。这进一步引起了高空喷流和巨大漩涡结构的出现，也打乱了土星正常的季节转变。”
　　根据测量数据，研究人员们认为这次的风暴是土星有观测以来出现的最强烈的一次，这让他们很吃惊。这个风暴的起因仅仅是一次发生在土星深层大气的常规扰动，但是后来却穿破上覆的大气和云层，进入平流层并发展成了一次规模空前的剧烈风暴。

　　布里吉特·亨茨曼(Brigette Hesman)是美国马里兰大学的科学家，也是卡西尼合成红外光谱仪(CIRS)小组成员。他说：“在地球上，民航班机一般会选择在平流层中飞行以避免受到天气影响。但如果你是在土星上空飞行，那么这个风暴就实在升的太高了，飞机没办法避开它。”
　　这场风暴之剧烈，还有其他数据可以说明问题。比如，由于它从土星大气层下方各个层面卷起来的物质，土星上层大气的化学成分出现了变化。卡西尼合成红外光谱仪的观测数据中可以发现乙炔和磷化氢含量的明显改变。这两种化学物质经常被用作土星大气运动的示踪剂。

　　在另一项独立的研究中，喷气推进实验室(JPL)的凯文·巴恩斯(Kevin Baines)领导下的卡西尼可见光与红外成像分光设备(VIMS)小组获取的数据分析确认了这次风暴正在卷起大量的深层物质，其中包括将数倍于任何以往风暴情况的氨卷起，送至高层大气。
　　卡西尼探测器是一个美国宇航局和欧洲空间局之间，以及意大利航天局的合作项目，于1997年10月发射升空，于2004年7月成功进入土星轨道开展考察工作。整个项目由美国宇航局喷气推进实验室负责管理。

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