3月26日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，1989年，美國(guó)國(guó)家航空航天局的旅行者2號(hào)探測(cè)器飛速掠過其最后一個(gè)行星目標(biāo)海王星，然后加速飛往太陽(yáng)系外。這是人類制造的航天器第一次造訪這個(gè)遙遠(yuǎn)世界。當(dāng)旅行者2號(hào)飛速掠過海王星時(shí)，它拍下了正在南半球醞釀的兩場(chǎng)巨大風(fēng)暴的照片。科學(xué)家稱這些風(fēng)暴為“大黑斑”和“2號(hào)黑斑”。

時(shí)隔五年之后的1994年，美國(guó)國(guó)家航空航天局的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡從43億公里之外采集到了海王星的清晰圖像。科學(xué)家們迫切想再觀察一眼當(dāng)年旅行者2號(hào)拍下的風(fēng)暴。但哈勃的照片顯示，地球大小的“大黑斑”和較小的“2號(hào)黑斑”都已經(jīng)消失了。

“這當(dāng)然是個(gè)驚喜，” 美國(guó)國(guó)家航空航天局達(dá)德太空飛行中心行星科學(xué)家艾米·西蒙（Amy Simon）回憶道，“我們習(xí)慣于觀察木星的‘大紅斑’，它大概已經(jīng)存在了一百多年。”在那之后，行星科學(xué)家們立即開始進(jìn)行計(jì)算機(jī)建模，以了解“大黑斑”神秘消失的原因。

現(xiàn)在，作為外行星大氣遺產(chǎn)(OPAL)項(xiàng)目的一部分，西蒙和她的同事們開始回答這些問題。在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝圖像的幫助下，研究小組不僅第一次目睹了海王星風(fēng)暴的形成，還精確確定了風(fēng)暴系統(tǒng)頻率和持續(xù)時(shí)間的相關(guān)約束條件。

風(fēng)暴的誕生

2015年，OPAL研究團(tuán)隊(duì)開始了一年一度的任務(wù)，分析哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝到的海王星圖像，并在南半球又發(fā)現(xiàn)了一個(gè)小黑斑。在此之后，西蒙和她的同事每年都會(huì)通過哈勃仔細(xì)觀察這顆行星，并在風(fēng)暴消散時(shí)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)。2018年一個(gè)新的黑斑出現(xiàn)在海王星北緯23度上空。

這場(chǎng)風(fēng)暴的大小與歷史上的“大黑斑”相似。西蒙談到這場(chǎng)風(fēng)暴時(shí)說:“我們一直忙于追蹤2015年以來海王星上形成的這場(chǎng)較小風(fēng)暴，所以我們并沒有期望很快就看到另一場(chǎng)大風(fēng)暴。這是一個(gè)驚喜。每次我們從哈勃太空望遠(yuǎn)鏡獲得新的圖像時(shí)，都與我們所預(yù)期的有所不同。”

更重要的是，風(fēng)暴的誕生過程被哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的相機(jī)完整記錄了下來。在分析哈勃拍攝于2015年至2017年的海王星圖像時(shí)，研究小組發(fā)現(xiàn)，在最近出現(xiàn)黑斑的區(qū)域先是形成了幾朵小的白色云團(tuán)。他們的相關(guān)研究發(fā)表在3月25日的《地球物理研究快報(bào)》上。

海王星上的高空云是由甲烷冰晶組成的，具有特別的明亮白色外觀。研究人員認(rèn)為這些伴生云懸浮在風(fēng)暴之上，類似于地球高山之巔形成的莢狀云。在一場(chǎng)新的風(fēng)暴被發(fā)現(xiàn)前的幾年，它們的存在表明類似于黑斑的風(fēng)暴可能源自于更深的海王星大氣中。

“就像地球上的衛(wèi)星觀察地球的天氣一樣，我們也在觀察海王星上的天氣，”格倫·奧爾頓(Glenn Orton)說。和衛(wèi)星能夠跟蹤地球上的颶風(fēng)一樣，哈勃采集的圖像揭示了這個(gè)“黑斑”的前行路徑。在將近20小時(shí)的時(shí)間里，風(fēng)暴向西漂移，移動(dòng)速度比海王星的高速風(fēng)略慢一點(diǎn)。

但海王星上的這些風(fēng)暴與我們?cè)诘厍蚧蚰拘巧峡吹降臍庑煌苿?dòng)它們前進(jìn)的風(fēng)也是如此。就像保齡球道上的溝槽一樣，木星上稀薄的氣流帶能夠?qū)⒛拘秋L(fēng)暴“大紅斑”保持在固定路徑上。而在海王星，氣流在行星周圍的運(yùn)動(dòng)范圍要大得多，這使得像“大黑斑”這樣的風(fēng)暴能夠緩慢切過緯線。這些風(fēng)暴通常在高緯度地區(qū)的赤道西風(fēng)帶和向東吹的氣流之間盤旋，然后被強(qiáng)風(fēng)吹散。

關(guān)于海王星上的天氣變化還需要更多的觀察。西蒙說:“我們希望能夠研究風(fēng)是如何隨時(shí)間而變化的。”

風(fēng)暴的平均壽命

西蒙也是加州大學(xué)伯克利分校一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)的成員，他精確指出了這些風(fēng)暴持續(xù)的時(shí)間和頻率。

他們懷疑海王星每四到六年就會(huì)出現(xiàn)一場(chǎng)新的風(fēng)暴。根據(jù)3月25日發(fā)表在《天文學(xué)雜志》上的研究結(jié)果，每一場(chǎng)風(fēng)暴最長(zhǎng)能夠持續(xù)6年，也有可能持續(xù)兩年。

自從科學(xué)家們首次將目光投向海王星以來，已經(jīng)在這顆行星上發(fā)現(xiàn)了6次風(fēng)暴。旅行者2號(hào)在1989年發(fā)現(xiàn)了兩次風(fēng)暴。自1990年哈勃望遠(yuǎn)鏡發(fā)射以來，它又觀察到四次風(fēng)暴。

除了分析哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和旅行者2號(hào)采集的數(shù)據(jù)外，研究小組還進(jìn)行計(jì)算機(jī)建模，繪制出8000個(gè)在這顆冰冷行星上旋轉(zhuǎn)的黑斑。當(dāng)研究人員將建模結(jié)果與256張存檔圖像進(jìn)行比對(duì)后顯示，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡很可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大約70%的模擬風(fēng)暴，它們均發(fā)生在一年的時(shí)間里，其中大約85%到95%的風(fēng)暴壽命為兩年。

漩渦仍是謎

海王星的天氣狀況在很大程度上仍然是個(gè)謎。行星科學(xué)家希望下一步研究風(fēng)暴中漩渦形狀和風(fēng)速的變化。加州大學(xué)伯克利分校行星科學(xué)家邁克爾·黃（Michael Wong）說:“我們從未直接測(cè)量過海王星暗漩渦內(nèi)的風(fēng)速，但我們估計(jì)風(fēng)速大約為每秒100米，與木星‘大紅斑’內(nèi)的風(fēng)速相當(dāng)。”他指出，使用哈勃望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行更頻繁的觀測(cè)，將有助于更清晰地描繪出海王星風(fēng)暴的演化過程。

西蒙說，海王星上的發(fā)現(xiàn)將對(duì)與其大小相似的系外行星研究產(chǎn)生影響。西蒙說:“如果你研究系外行星，想要了解它們是如何運(yùn)轉(zhuǎn)的，你真的需要首先了解我們的行星。”“我們對(duì)天王星和海王星仍知之甚少。”

研究人員都一致認(rèn)為，最新發(fā)現(xiàn)激發(fā)了人們想要更詳細(xì)追蹤海王星的愿望。“你知道的越多，你就越意識(shí)到自己知之甚少。”奧爾頓如是指出。