屏住呼吸，NASA首发木星雷暴动画，仿佛科幻片里的世界末日

早在1979年，NASA的旅行者1号探测器在途径木星的时候，曾经接收到了非常诡异的超低频无线电辐射。科学家们推测，这种他们称之为“哨声”的现象，是木星大气层中的闪电。

后来，随着伽利略号和卡西尼号两个探测器对木星的近距离探测，人类终于第一次见证了太阳系最巨大的气体行星，竟然和地球拥有着类似的气象。

而随着人类对木星探索的深入，目前最先进的木星探测器朱诺号在2011年发射升空，向我们展示了更多关于木星的事实。就在当地时间8月6日，负责朱诺号探测器的团队在《自然》杂志上发表了最新的木星闪电研究成果，主要作者是美国宇航局喷气推进实验室的Heidi Becker。

长期以来，科学家们一直相信，木星大气中的雷电和地球没有什么不同。但朱诺号探测器的观测告诉我们：二者之间有着巨大的区别。在这个太阳系最巨大的行星上，有一种新形式的闪电呈现在了我们的面前——浅层闪电（shallow lighting）。

除了展示木星别样的雷暴天气之外，浅层闪电还向我们暗示着木星的另一个秘密的答案。科学家们利用朱诺号探测器的微波辐射仪对木星进行成分分析后，发现其大气中的氨含量比理论低了一些。而且，随着木星大气的移动，氨的含量也在不断的变化。这些问题都一直困扰着科学家。

圣安东尼奥西南研究所的朱诺号首席研究员Scott Bolton表示：“此前，科学家们就发现木星有一些氨消失的'洞’，但没人发现这个'洞’有多大，也没有人意识到它们在木星绝大部分区域都广泛分布。我们正尝试利用氨水雨来解释氨的缺失，但是这种雨也不能完全与观测结果相匹配。我认为，更深处或许有冰雹之类的结构可以锁住更多的氨。当Heidi发现了浅层闪电的时候，我们就意识到我们可能发现了氨与高层大气中的水相结合的证据，可见这个谜题的关键就在于闪电。”

（图片说明：根据朱诺号的数据绘制出来的木星雷暴，十分壮观，令人窒息）

Becker形容说：“通过近距离飞掠木星顶层大气，朱诺号向我们展示了更小、更浅层的闪电，这种闪电形成的高度要比我们以往想象的更高，这非常令人惊讶。”

Becker和她的团队尝试还原了木星雷暴的整个过程：强烈的雷暴将水冰的结晶物提升到木星高层大气，距离水形成的云层达25公里。按说这里的温度低于0℃，水是会保持固态冰结构的。但是，由于这里有氨，导致水冰融化，并且与之结合成为氨水。

她指出：“在这个高度上，氨就像是防冻剂一样降低了水的熔点，形成了含有氨水溶液的云层。在这样新的状态下，氨水在滴落的过程中会与上升的水冰晶体碰撞，从而导致云层带电。这是非常令人惊讶的，因为地球上绝没有这种氨水云层。”

（图片说明：中心处明亮区域皆是底部“弹出”的云层，它们是木星雷暴的顶端，也是产生低层闪电的根源，图片来自朱诺号探测器）

除此之外，该团队还对木星的另一个现象进行了分析，他们在发表于《地球物理研究杂志》的论文中讨论了他们称之为泥浆球（mushball）的木星独特气象。所谓的泥浆球，指的是由2/3的水和1/3的氨气结合形成的冰雹，其内部结构为氨水和水冰相互覆盖，最外层包裹着厚厚的水冰壳。它的形成过程和地球的冰雹类似，随着在大气层中的上下波动而增大，只是结构有所不同。

来自法国蔚蓝海岸大学的朱诺号联合研究员、第二篇论文的主要作者Tristan Guillot描述说：“到最后，泥浆球会变得非常大，连上升气流也带不动它们。于是它们会落到深处，进入到更温暖的环境，然后蒸发。它们的作用就是把氨和水都带入深层大气中，这就解释了为何我们利用朱诺号的微波辐射仪检测时几乎没有任何发现。”

上面这张图更加详细地描述了浅层闪电和泥浆球的共同演化过程：

1. 首先，在木星可见云层之下大约65公里的深处，形成了一片雷雨云顶层典型的砧状云。
2. 在水分比较高的湿润对流推力下，会形成一个比较强的上升气流，将液态水和水冰的晶体向上推。
3. 在上升大约19公里后，所有的水全部都以固态形式存在。但是它们并没有停止上升的趋势，而是一直上升到距离木星大气层顶端约23公里的高度，也就是上图中绿色虚线所标记的位置，温度已经在-100~-85摄氏度之间。
4. 上升到这个高度的水冰晶体在这里就会遇到氨气，这些氨气将会发挥防冻剂的作用，将冰晶熔化，然后与水结合为氨水，最后包裹上厚厚的冰壳，形成泥浆球。这些泥浆球就会像我们刚才分析的那样，超过上升气流所能承载的极限而落下去，再回到温暖的深层大气中蒸发。

（图片说明：NASA绘制的木星表面大气以下翻涌的云层和剧烈的雷暴动画）

Bolton告诉我们：“这两个发现结合在一起，对于解开木星氨气失踪之谜来说至关重要。事实证明，木星的氨气并没有凭空消失，而是在传输的过程中伪装了起来，与水结合在一起并且披上了一层厚厚的外衣。这个理论的答案可以说是简洁而又漂亮，当水和氨以液态形式存在时，我们无法直接观测；而在它们到达了能够蒸发的深度时，我们才能在如此之深的位置检测到它们的存在。”

作为太阳系最大的行星，木星也是极具代表性的气体行星，拥有着极为浓厚的大气层，而且没有固体表面。因此，它的大气结构和演化可以说极其复杂，对我们来说有很多的未知。我们只知道那是一个狂野的世界，却很难穿破重重迷雾看到那里到底发生了什么。

再过几年，朱诺号可能就会耗尽自己的能源，最终以坠入木星大气层的方式完成最后的探索，届时我们也将拥有一个更新的视角来看看那个恐怖的世界。即便如此，木星大气层的强大压力也会导致朱诺号获得的信息极为有限。那些秘密何时才能完全解开，恐怕只有时间才能给出答案吧！