木星大紅斑是木星表面的特征性標(biāo)志，是木星上最大的風(fēng)暴氣旋，長約25000千米，上下跨度12000千米，每6個地球日按逆時針方向旋轉(zhuǎn)一周，經(jīng)常卷起高達8千米的云塔。自從17世紀(jì)天文學(xué)家首次觀測到此風(fēng)暴，大紅斑至少已存在200到350年。它已經(jīng)改變了顏色和形狀，但卻從來沒有完全消失過。
形態(tài)特征
木星大氣層中的大紅斑是一團激烈的沿逆時針方向運動的下沉氣流，這個氣流物質(zhì)中含有大量的紅磷化物，所以呈深褐色。
這個大紅斑的位置并不是固定不變的，而是在不斷地移動。木星的大紅斑大致位于南緯23°處，它的南北寬度經(jīng)常保持在14000千米，東西方向上的長度在不同時期有所變化，最長時達40000千米左右，一般長度在20000～30000千米。
在大紅斑中心部分有個小顆粒，是大紅斑的核，其大小約幾百公里。這個核在周圍的反時針漩渦運動中維持不動。大紅斑的壽命很長，可維持幾百年或更長久。
木星“大紅斑”是由氨和甲烷氣體云構(gòu)成的巨大漩渦，過去曾達到三個地球并排排列的寬度，如今已縮小約一個地球多。一個地球的直徑約為12700千米。
根據(jù)觀測結(jié)果顯示，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)木星大紅斑中紅色最明顯的區(qū)域印證了冷風(fēng)暴系統(tǒng)內(nèi)部存在熱核心的理論；而觀測圖像中風(fēng)暴邊緣深色的線條顯示出風(fēng)暴爆發(fā)所釋放出的氣體正在向星球的內(nèi)部漫延。
觀測歷史
早期發(fā)現(xiàn)
一般認(rèn)為，第一位看見大紅斑的人可能是羅伯特·虎克，他在1664年描述木星上的這個斑點；然而，虎克所描述的斑點卻在不同的區(qū)帶上（北赤道區(qū)，但位置在南赤道帶）。
1665年，法國天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)木星有一條大紅斑并把它繪制成圖，終于引起了國際天文學(xué)界的注意，此后，至1713年，這條大紅斑在可見光的波段下斷斷續(xù)續(xù)的被觀測著。
從17世紀(jì)被發(fā)現(xiàn)之后，到1830年有長達118年的空白沒有被觀測的紀(jì)錄。原來的斑點是否消散并改變重組了，是否退了色，或者只是簡單的觀測上的貧乏，都無從得知。
當(dāng)前對大紅斑的第一筆記錄始自1830年代之后。1878年，一位天文學(xué)家在觀測木星時再次發(fā)現(xiàn)了這個大紅斑，此后，人們開始了對它接連地觀測。
衛(wèi)星探測
在1979年2月25日，當(dāng)旅行者1號探測器太空船以920萬公里的距離掠過木星時，首度將大紅斑清晰的影像傳送回地球，可以看清楚160公里大小的橫斷面。西邊有著五顏六色、波浪般的云彩模式，是大紅斑活躍的區(qū)域，那里被觀察到有非常復(fù)雜和多變的云彩運動。
1973年12月3日，為探明木星真相，美國發(fā)射了無人勘測器——先驅(qū)者10號。經(jīng)過1年零9個月的宇宙飛行，“先鋒10號”終于來到了木星附近，并拍攝到了木星外形的彩色照片發(fā)回地球。這些照片讓人們清楚地看到了木星上的大紅斑。
2011年9月，智利和夏威夷的天文臺傳回珍貴的觀測資料，供加利福尼亞州“噴射推進實驗室”(the Jet Propulsion Laboratory)解析研究。資深科學(xué)家歐爾頓(Glenn Orton)表示，這是他們第一次深入觀察太陽系最大的風(fēng)暴。原本他們以為‘大紅斑’只是一個歷史悠久但平凡無奇的橢圓形氣體，但新觀測數(shù)據(jù)顯示，其實它的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。
據(jù)日本《東京新聞》5月16日報道，美國航空航天局(NASA)及歐洲航天局(ESA)15日發(fā)布了對木星表面的“大紅斑”的觀測結(jié)果。哈勃空間望遠(yuǎn)鏡4月觀測結(jié)果表明，每年都在縮小的“大紅斑”的寬度，已達到記載以來最小的16500千米。
據(jù)了解，木星“大紅斑”是由氨和甲烷氣體云構(gòu)成的巨大漩渦，過去曾達到三個地球并排排列的寬度，如今已縮小約一個地球(直徑約12700千米)多。研究者稱，這是周圍的小漩渦相互作用導(dǎo)致其內(nèi)部構(gòu)造改變造成的。有業(yè)余天文愛好者的觀測也表明，“大紅斑”的縮小速度正在加快。（原標(biāo)題：《哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝到木星“大紅斑”縮小影像》）
據(jù)美國航空航天局太空網(wǎng)報道，在地球上，颶風(fēng)可在幾天內(nèi)形成和消失不見。然而在木星上，暴風(fēng)可一直持續(xù)幾年甚至幾個世紀(jì)。木星上的“大紅斑”已經(jīng)持續(xù)至少300年，它是一個巨大的反氣旋暴風(fēng)，直徑是地球的兩倍。不過現(xiàn)在木星上的所有暴風(fēng)的根源——這個“大紅斑”正在慢慢縮小。
2021年10月28日，美國航天局（NASA）提供的木星拼接圖片。美國航天局“朱諾”號探測器正在揭示木星標(biāo)志性大紅斑的巨大結(jié)構(gòu)，這個巨大的風(fēng)暴已經(jīng)在這顆氣態(tài)巨行星上肆虐了幾個世紀(jì)。“朱諾”號幫助科學(xué)家們確認(rèn)，大紅斑不僅僅存在于上層表面，還向內(nèi)延伸了數(shù)百公里。
科學(xué)研究
成因猜測
意大利的天文學(xué)家卡西尼號指出，大紅斑是木星大氣的形態(tài)，就像地球空中的云彩。卡西尼利用這個大紅斑準(zhǔn)確地測量出木星自轉(zhuǎn)的周期、人們還在觀測中發(fā)現(xiàn)，大紅斑的顏色有時很濃，有時較淡，淡得人們只能隱約看到它的輪廓。大紅斑在緯度方向上還有漂移運動，因此大紅斑不是固態(tài)的物質(zhì)。
2013年11月18日，哈佛大學(xué)和加利福尼亞大學(xué)伯克利分校研究人員發(fā)現(xiàn)木星大紅斑的形成和能量補充機制，認(rèn)為垂直方向上的能量補充非常重要，是大紅斑不消失的原因。
氣流翻騰
木星是太陽系中自轉(zhuǎn)速度最快的行星，這使大氣中的云被拉成長條形狀，共形成了17條云帶。云帶中亮的部分稱作“帶”，暗的部分稱作“帶紋”。從探測器拍下的照片看，大氣中的云劇烈翻轉(zhuǎn)，在翻騰的云中有一個顯著的大紅斑。大紅斑乘著大氣中上升的氣流，沿逆時針方向大約6個地球日旋轉(zhuǎn)一周。接受來自周圍氣流流動形成的能量，并且很好地保持能量平衡的狀態(tài)。
熱量噴射
科學(xué)家們早已知道木星周圍有一層很厚的大氣，由氧、氦、甲烷、氨氣等物質(zhì)構(gòu)成。但是從木星探測器所發(fā)回的資料來推測，木星的內(nèi)部溫度很高，從中散發(fā)出來的熱量為從太陽光中吸收的熱量的2.5倍。
所以有的科學(xué)家就據(jù)此推測，大紅斑可能就是木星內(nèi)部溫度最高的部分呈柱狀的旋渦不斷朝外噴射的地方。大紅斑噴出之后，柱狀的旋渦與大氣中的甲、氨等物質(zhì)產(chǎn)生化合作用，從而形成了橘紅色的物質(zhì)團—大紅斑。
“先驅(qū)者”和“旅行者”探測器的探測結(jié)果表明，大紅斑是一個龐大的氣旋風(fēng)暴，類似于地球上的臺風(fēng)，也類似火星上的塵暴，但它的規(guī)模要大得多，持續(xù)時間也長得多。除了大紅斑之外，木星上還存在一些小紅斑。
溫度上升
科學(xué)家格林·奧爾頓(Glenn Orton)領(lǐng)導(dǎo)一個科學(xué)研究小組發(fā)現(xiàn)了迄今為止太陽系中規(guī)模最大的一次紅斑爆發(fā)現(xiàn)象。奧爾頓表示：“我們之前一直認(rèn)為木星大紅斑只有一個簡單的橢圓體結(jié)構(gòu)，但是這次最新的研究成果顯示其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)體系其實非常復(fù)雜，”
奧爾頓表示，這次所得到的觀測結(jié)果讓人類第一次了解了木星大紅斑爆發(fā)過程中一系列的細(xì)節(jié)變化，與此同時，科學(xué)家們也據(jù)此認(rèn)為這個太陽系中最著名的風(fēng)暴系統(tǒng)存在一種“環(huán)流模式”。
數(shù)百年來，向往宇宙的科學(xué)家們已經(jīng)對木星大紅斑進行了無數(shù)次的觀測，對于其結(jié)構(gòu)的連續(xù)觀測可以追溯到19世紀(jì)。
科學(xué)家這次能得到最新的木星大紅斑熱成像圖要“歸功”于歐洲南方天文臺(ESO)安裝在智利境內(nèi)的大型天文望遠(yuǎn)鏡和同樣安裝在智利境內(nèi)的8米雙子南座望遠(yuǎn)鏡，以及日本國家天文臺安裝在夏威夷的星望遠(yuǎn)鏡。20世紀(jì)90年代初期，美國航空航天局的伽利略號木星探測器宇宙飛船曾經(jīng)向地球發(fā)回過有關(guān)木星大紅斑的圖片，而這一次科學(xué)家獲得的圖像無論在清晰度還是在覆蓋范圍上都大大超越了伽利略號所發(fā)回的圖片數(shù)據(jù)。
歐洲南方天文臺在其大型天文望遠(yuǎn)鏡上安裝了一種名叫VISIR的裝置，這種裝置可以幫助天文學(xué)家準(zhǔn)確地測量出了風(fēng)暴周圍的溫度、懸浮顆粒以及氨氣含量，其中每一項參數(shù)都能夠告訴我們在風(fēng)暴內(nèi)部的天氣以及環(huán)流模式的變化科學(xué)家利用這次最新得到的數(shù)據(jù)與以往利用VISIR所觀測到的數(shù)據(jù)進行結(jié)合，最終揭開了即使在遇到亂流、氣候劇變以及遭遇反氣旋之后，風(fēng)暴內(nèi)部依然能夠保持穩(wěn)定的奧秘，
另一位參與此項研究的科學(xué)家利？費來徹(Leigh Fletcher)表示：“讓我們感到驚訝的是――圖片上橙紅色區(qū)域的溫度要比周圍高出三到四攝氏度。”費來徹所指出的這種溫度的差異并不多見，但是其已經(jīng)足夠引起風(fēng)暴中心的氣流進行順時針方向的環(huán)流運動。在木星的其他區(qū)域，這種溫度的差異可以影響風(fēng)速以及云團造型的變化。
費來徹表示：“通過這次研究，我們第一次了解到環(huán)境(包括溫度、風(fēng)速、氣壓等等)與木星大紅斑顏色的變化有著密切的聯(lián)系。我們還不能確切地知道究竟是何種原因?qū)е嘛L(fēng)暴內(nèi)部顏色的差異，但是能確定的是這與周圍環(huán)境的變化有很大的關(guān)系，
能量來源
哈佛大學(xué)和加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家通過研究發(fā)現(xiàn)木星的大紅斑之謎可以解釋為不尋常運動的氣旋，其中氣流的垂直運動是大紅斑無法消失的一個重要原因，科學(xué)家此前認(rèn)為大紅斑最終將會消失，但是這一情況已經(jīng)持續(xù)數(shù)百年之久。通過對木星大氣循環(huán)的研究，研究人員也可以解釋地球上形成的漩渦，該現(xiàn)象可以維持?jǐn)?shù)年之久，其中的機理與太陽系內(nèi)天體的極端氣旋運動相類似。木星的大紅斑位于赤道附近，外表上看似乎是一個非常穩(wěn)定的超級漩渦。
木星大紅斑直徑巨大，可以裝下3個地球，其形狀可發(fā)生一些變化，大紅斑可以一直持續(xù)并長達數(shù)百年之久，必然有另一種補充能量的機制，使得這個超級氣旋可以繼續(xù)維持下去，否則根據(jù)我們現(xiàn)有的流體動力學(xué)理論，大紅斑會本應(yīng)該在幾個世紀(jì)前就逐漸失去能量消失。從地球上臺風(fēng)或者熱帶氣旋形成理論上看，超級氣旋維持需要能量介入，移動過程、風(fēng)以及輻射熱量都會降低系統(tǒng)能量，木星大氣中的垂直流可吸引熱氣體從大紅斑的上方對系統(tǒng)注入能量，冷氣體則中下方進入風(fēng)暴中心區(qū)域。
流體動力學(xué)教授菲利普·馬庫斯使用了計算機模型對垂直流和渦流進行了研究，在過去的調(diào)查中，科學(xué)家忽視了垂直流的作用，因為那時他們認(rèn)為這并不是主要因素，或者他們使用了更加簡單的方程，所以沒有發(fā)現(xiàn)大紅斑的能量補充之謎。有一些科學(xué)家認(rèn)為大紅斑是通過一些小的氣旋來補充系統(tǒng)能量，但計算機模型表明這些能量還不足以維持大紅斑的存在。
木星大氣是太陽系中最大的行星大氣環(huán)境，由氫和氦組成，大氣中還擁有數(shù)以百計的氣旋漩渦，大紅斑就是其中一個持久性最強的反氣旋。本項研究成果發(fā)表在美國物理學(xué)會流體動力學(xué)分會2013年11月25日舉行的年度會議上。
巨大眼睛
這張照片可以清楚地看到大紅斑在木星上的位置，其大小能夠容納數(shù)個地球，地球的體積差不多如木星的衛(wèi)星在大紅斑上留下的影子大小。
10月30日消息，據(jù)媒體報道，美國航空航天局公布了哈勃空間望遠(yuǎn)鏡拍攝到木星大紅斑的最新照片，如同一個巨大的眼睛正在“盯著你”看。圖中顯示了木星大紅斑內(nèi)出現(xiàn)了一個黑圈，猶如眼睛的瞳孔及虹膜部分，巨大的眼睛似乎是在直視哈勃太空望遠(yuǎn)鏡。對此美國宇航局認(rèn)為大紅斑中的黑色部分其實是木星衛(wèi)星的投影，由于曝光期間木星的一顆衛(wèi)星進入了大紅斑附近，看上去像是人類的眼睛，
美國宇航局卡西尼土星探測器拍攝到土星北極的奇怪云層，中央出現(xiàn)了一個巨大的漩渦，這個氣旋幾乎占據(jù)了整個土星極區(qū)，風(fēng)暴內(nèi)的風(fēng)速高達每小時200英里，與高速列車的速度相當(dāng)，橫跨2萬英里，大約為3.2萬公里，是地球直徑的兩倍。
色差猜測
探測表明，大紅斑的形狀沒有太大變化，一般呈橢圓形，就像木星上長著的一只眼睛。但大紅斑的顏色卻常有變化，有時鮮紅鮮紅的，有時又略帶棕色或淡玫瑰色。
日前，日本國家天文臺最新觀測結(jié)果顯示，木星表面神秘“大紅斑”風(fēng)暴開始變白，其面積相當(dāng)于地球的兩倍。
據(jù)國外媒體報道，目前，太陽最大風(fēng)暴紅外線圖像中顯示木星“大紅斑”開始變白，這個巨大風(fēng)暴被認(rèn)為壽命可達到300-400年，風(fēng)速達到每小時數(shù)百公里，面積相當(dāng)于兩個地球大小。
該風(fēng)暴呈現(xiàn)出一個深紅橢圓結(jié)構(gòu)被白色、黃色、橙色漩渦層包裹著，紅外線圖像可透過氣體和灰塵以可見光圖像呈現(xiàn)出來，這張照片是由日本國家天文臺發(fā)布的，同時，照片中還有木星的衛(wèi)星。木衛(wèi)三位于照片右上角，呈現(xiàn)出3色斑點結(jié)構(gòu)。
這張照片是斯巴魯望遠(yuǎn)鏡上安裝的相機拍攝的，據(jù)悉，木星“大紅斑”令科學(xué)家們迷惑不解多年，這個巨大風(fēng)暴的形成原因仍是一個未解謎團。美國航空航天局指出，“大紅斑”很可能是簡單物質(zhì)被木星高層大氣中陽光照射分解所致。
這一最新觀測結(jié)果反駁了其它關(guān)于大紅斑彩色起源的主流理論，一些專家認(rèn)為大紅斑的紅色化學(xué)物質(zhì)來自于木星云層之下。
云量因素
色彩的變化與云層的高度有關(guān)：最低處為藍色，跟著是棕色與白色，最高處為紅色。我們通過高處云層的缺口才能看到低處的云層。
物質(zhì)差異
木星表面云層的多彩可能是由大氣中化學(xué)成分的微妙差異及其作用造成的，可能其中混入了硫的混合物，造就了五彩繽紛的視覺效果，但是其詳情仍無法知曉。
科學(xué)推導(dǎo)
紅外線的觀察加上對它自轉(zhuǎn)趨勢的推導(dǎo)顯示大紅斑是一個高壓區(qū)，那里的云層頂端比周圍地區(qū)特別高，也特別冷。類似的情況在土星和海王星上也有。還不清楚為什么這類結(jié)構(gòu)能持續(xù)那么長的一段時間了。
最新發(fā)現(xiàn)
美國波士頓大學(xué)太空物理研究中心科學(xué)家近日發(fā)表最新研究成果認(rèn)為，木星大紅斑可能會釋放出某種神秘的能量，從而不斷加熱木星上層大氣層。照射到地球上的有效太陽光線可以加熱陸地上空大氣層，其熱量甚至?xí)绊懙?02千米外的太空，比如國際空間站軌道。木星與太陽的距離雖然要五倍于地球，但它的上層大氣層仍然有溫度，而且平均溫度相當(dāng)于地球大氣層相應(yīng)層次的溫度。盡管許多科學(xué)家一直在致力于研究太陽系外層空間，但他們對這種可以提供額外熱量的非太陽能的能量來源仍然感到迷惑不解。該研究項目主要負(fù)責(zé)人、美國波士頓大學(xué)太空物理研究中心科學(xué)家詹姆斯·奧多諾休介紹說，“我們首先排除從上方加熱的太陽能，然后通過觀測繪制出整個行星上空的熱量分布，從而尋找任何溫度異常現(xiàn)象。或許可以從中找到這種能量來源的線索。”通過觀測行星所釋放出的非可見的紅外線，天文學(xué)家可以測量出該行星的溫度。所看到的木星可見云層頂部大約位于木星上空她48千米處．而波士頓大學(xué)研究團隊所測量到的紅外線卻比這一高度高出805千米。研究人員發(fā)現(xiàn)，如此高的高空，其溫度卻比預(yù)想中要高出許多。奧多諾休介紹說，“我們馬上發(fā)現(xiàn)，高空中的最高溫度區(qū)域恰恰位于大紅斑上空。這或許就是一個重要的線索。”木星大紅斑是太陽系的奇跡之一，發(fā)現(xiàn)于17世紀(jì)伽利略·伽利萊發(fā)明望遠(yuǎn)鏡不久后的幾年內(nèi)。大紅斑是由有色氣體形成的旋渦狀圖案，它也被稱為“永久性熱帶氣旋”。在過去數(shù)世紀(jì)中．大紅斑的大小和顏色經(jīng)常發(fā)生變化，其跨度相當(dāng)于三個地球直徑的長度，根據(jù)其旋轉(zhuǎn)速度．渦狀氣流約6天旋轉(zhuǎn)一周。木星本身自轉(zhuǎn)只需10個小時即可完成一次自轉(zhuǎn)。研究團隊成員、波士頓大學(xué)太空物理研究中心科學(xué)家盧克·摩爾博士認(rèn)為，“大紅斑可能就是極好的能量來源，可以加熱木星上層大氣層。但我們還沒有確切的證據(jù)。證明它能夠?qū)Ω吆０慰臻g的大氣層產(chǎn)生實際影響。”研究人員指出，木星可見光環(huán)之上的高空出現(xiàn)不同尋常的高溫，這種現(xiàn)象可能并非太陽系獨有的。不僅僅太陽系內(nèi)的土星、天王星和海王星存在這種現(xiàn)象，也許在太陽系外的所有巨型太陽系外行星都存在這種現(xiàn)象。
世界記錄
大紅斑是太陽系中最大的反氣旋風(fēng)暴（吉尼斯世界紀(jì)錄）。
參考資料 >
NASA探測器發(fā)現(xiàn)木星大紅斑深度可達數(shù)百公里.中國新聞網(wǎng).2021-10-30
太陽系最大風(fēng)暴“木星大紅斑”開始變白.騰訊科技.2021-11-23