牧夫天文网 › 首页 ›天文書庫› 天文知识 › 查看内容

【天文宇宙】科学家揭示巨大的极地气旋风暴如何在木星的两极保持稳定;NASA谈论太空笔传说及宇航员如何在太空用它书写

2021-8-29 08:05| 发布者: xxxxxxxxx| 查看: 37317| 评论: 0

摘要: ▼科学家揭示巨大的极地气旋风暴如何在木星的两极保持稳定NASA谈论太空笔传说及宇航员如何在太空用它书写NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜的下一步计划日本火星探测器将于2029年带回一份火卫一样本关注视频号，发现更多精 ...

▼

科学家揭示巨大的极地气旋风暴如何在木星的两极保持稳定
NASA谈论太空笔传说及宇航员如何在太空用它书写
NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜的下一步计划
日本火星探测器将于2029年带回一份火卫一样本

关注视频号，发现更多精彩

科学家揭示巨大的极地气旋风暴如何在木星的两极保持稳定

魏茨曼科学研究所的科学家们揭示了巨大的气旋风暴如何在木星的两极保持稳定。直到最近，在美国宇航局的朱诺太空探测器进入其围绕木星的轨道之前，没有人知道大约有澳大利亚大小的强大气旋风暴在木星极地地区肆虐。与地球上的风暴不同，木星的风暴不会分散。

在最近发表在《自然-地球科学》上的一篇文章中，来自魏兹曼科学研究所的研究人员揭示了木星气旋风暴的奥秘：哪些力量在起作用，将这些巨大的风暴固定在它们的极地位置，以及为什么它们的数量和位置随着时间的推移或多或少保持不变。“我们可以把木星看作是一个理想的气候实验室，”魏兹曼地球和行星科学部的 Yohai Kaspi 教授说。地球是一个错综复杂的多变系统：它有海洋和大气层、大陆、生物--当然还有人类活动。另一方面，木星是我们太阳系中最大的行星，由气体组成，因此是一个更容易研究的系统，我们可以对其进行预测和测试假设。这些预测和假设所需的数据是由朱诺号收集的--这是一个由美国宇航局（NASA）在2011年发射的研究探测器，2016年中进入木星轨道。Kaspi是NASA朱诺任务中的共同研究者，他见证了其中一个更令人兴奋的发现：围绕该行星两极旋转的气旋风暴。

“如果我们看一下2016年之前拍摄的木星的老照片，” Kaspi 说，“我们看到，两极通常表现为大片的灰色区域，因为当时没有人知道它们实际上是什么样子。” 其原因在于，太阳系是在同一平面上组织的，这与木星的赤道平面非常接近。因此，过去从地球或早期太空任务对该行星进行的观测，大部分只能捕捉到木星的低纬度地区。因此，朱诺号任务值得注意的创新之一是它的极地轨道，这使研究人员第一次能够详细地观察木星动荡的两极。这正是气旋暴露的方式，令人惊讶的是，沿着北纬84度和南纬84度，气旋有条不紊，像一个圆盘的肉桂卷。此外，从朱诺号围绕木星的多次轨道上收集的数据表明，气旋的数量仍然是固定的--8个在北极活动，5个在南极活动。“这一发现在当时非常令人惊讶，” Kaspi 说，“因为我们预计两极或多或少是对称的。”在之前的一项研究中，Kaspi利用木星引力场的不对称性来确定强烈的东西向风带的深度，这是木星大气的特点。在地球上，热带气旋风暴在水温超过26摄氏度的地区形成--通常是在大西洋和太平洋的中心--它们以圆周运动的方式向两极漂移，这是由于地球自旋产生的拉力。另一方面，在木星上，强大的喷流阻止这些风暴在纬度60度以下形成--只有在它上方的气流足够弱，才能让气旋肆虐。是什么导致木星上的这些特殊风暴在纬度84º处保持稳定？根据这项新的研究，木星的气旋确实被吸引到两极，但是位于气旋环中心的极地风暴将它们推开，阻止它们到达极地本身。“只要气旋与极地保持一定的距离--它们就会被吸引过来。但是，它们越是靠近--就越是受到强烈的排斥。”Kaspi研究小组的博士生Nimrod Gavriel说，他的论文主要是阐释这一现象。“问题是这种排斥效应是否强大到足以抵御磁极的吸引力。纬度84º是这些力量均衡的地方。”Gavriel和Kaspi提出了一个数学模型，该模型考虑了极地气旋的直径（在南极比在北极更大），每个气旋之间可能的最小距离，纬度84º周围的表面积以及气旋的大小和它们的旋转，并准确预测了整个北极存在八个气旋。至于南极，根据他们的计算，气旋的数量应该是5.62个。这个数字与朱诺号收集的数据是一致的：实际上这个数字不可能存在，但南部的五个风暴经常分离成六个风暴，正如在探测器围绕木星的第十八和第三十四个轨道上观察到的那样。提出的模型也解释了为什么在木星最近的邻星--土星上没有这种现象。

“我们正在努力了解大规模的大气动力学，为木星的极地气旋现象提供一个成功的解释，使我们有信心真正知道那里发生了什么，” Kaspi 说。这种信心对我们地球上的人来说可能是最重要的，因为对气旋的深入了解可以帮助气象学家预测，例如，我们星球的升温将如何影响风暴在地球上的移动--这是人类在不久的将来最有可能面临的挑战。但 Kaspi 对木星的探索的迷恋更为直接。“太平洋上没有新的岛屿可以发现，太阳系中的大多数行星体都已经被绘制成地图。木星和其他气态行星的两极，也许是太阳系中最后一个仍有待探索的点。”每个木星气旋的直径约为4000-5000公里，它们的旋转速度高达每小时360公里。“我们期待在未来几年内从朱诺号上获得更多有价值的数据，”Kaspi 补充说，在最近将朱诺号任务延长至2025年之后。他总结说：“由于航天器的极地轨道的逐渐变化，它现在越来越接近木星的北极，使我们能够从几个专门的仪器中获得关于这个极地地区的信息。”

NASA谈论太空笔传说及宇航员如何在太空用它书写

NASA今日（当地时间8月27日）发表了一篇讨论其Space Pen（太空笔）、围绕它的传说以及航天局的宇航员在国际空间站(ISS)上是如何用它书写的社论。在这篇新社论中，NASA揭示了太空笔是如何成为现实、它花了纳税人多少钱以及NASA决定放弃廉价但有风险的铅笔的原因。

或许人们对已有几十年历史的太空笔非常熟悉，这是一种可以在空间站微重力环境下工作的加压笔。关于太空笔一直有一个传说--NASA耗费了数百万美元研发出这一仪器，而俄罗斯宇航员只是在使用铅笔。

NASA在其新发布的帖子中澄清了这个传说，其称太空笔并没有花费纳税人数百万美元，而宇航员停止使用铅笔是有充分理由的。ISS上到处都是敏感设备，它们可能会被周围漂浮的小碎片损坏。铅笔需要削尖并且在写字的时候铅笔很容易折断，这可能会导致小块石墨在空间站里自由走动。这些小的石墨碎片可能会对空间站上的敏感电子设备造成损害，更不用说宇航员可能会吸入这些小碎片对人们造成伤害。NASA指出，宇航员使用太空笔也有几十年的历史了。该产品是由Fisher Pen Company的Paul Fisher制造的，他在NASA介入之前就在研究该产品。航天局指出，它在技术测试中发挥了至关重要的作用，并帮助Fisher解决了加压笔原型常见的泄露问题。自阿波罗7号以来，太空笔被用于NASA的每一次载人太空任务，现在市面上有几十种这样的加压笔模型任何人都可以购买。

NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜的下一步计划

詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)已经通过了最后的地面测试，不过NASA取代哈勃望远镜的最大挑战仍在前面。这可能是迄今为止最复杂的天文折纸用例，它不仅预示着一个前所未有的宇宙视角而且还是一个大胆的例子--说明科学想象力是如何绕过太空飞行的实际限制的。

詹姆斯·韦伯望远镜发射的倒计时开始了公平地讲，詹姆斯·韦伯太空望远镜并没有一个特别容易或快速的发射之旅。开发工作始于1996年，原本计划在2007年发射，然后几次的重新设计逐渐将这一日期不断地往后推。NASA、ESA和加拿大航天局的共同努力一度预计韦伯的总成本将达到100亿美元。经过几十年的研究，韦伯准备离开地球。詹姆斯·韦伯很大，但火箭很小，这是个问题跟地面望远镜一样，詹姆斯·韦伯太空望远镜的目标是提供最大的主镜。它将长波长可见光通过中红外光反射到望远镜的传感器。镜子越大，灵敏度越高。

哈勃的主镜是7英尺10英寸，但詹姆斯·韦伯的镜子高达21英尺。它是由镀金铍制成，具有超反射功能。问题是，没有一个火箭有足够大的有效载荷舱来容纳这么大的东西以及安装它的宇宙飞船。答案是一个复杂的折叠机制，其能有效地将詹姆斯·韦伯的镜子变成了一个复杂的折纸结构。18个六边形的部分可以折叠起来，以便跟Ariane 5运载火箭相匹配。目前，该望远镜处于收缩状态：下次展开时，它将在太空中。保护伞6个月后的打开Ariane 5的发射预计需要26分钟。在那之后，韦伯望远镜将有六个月长的试运行时间。在此期间，太空望远镜将进行多任务处理。韦伯要飞到离地球近100万英里的地-日系统的第二个拉格朗日点(L2)附近，约需要一个月的时间。科学家们选择了这个地点，因为地球和太阳的共同引力将意味着韦伯以跟地球相同的速度围绕我们的恒星运行。

在那里的旅程中，复杂的天文台机制将会展开。NASA预计在发射后几天开始部署遮阳板，届时望远镜和其他仪器的温度将开始下降。这也不是一个不受控制的过程：韦伯内置的特殊加热器将允许地面团队逐步管理即将到来的寒冷从而在整个组装中平衡压力。一旦网球场大小的遮阳板开始铺开，副镜和主镜也开始铺开。它们都安装在飞船上，将使用推进器将韦伯定位到合适的轨道上。这些推进器将在望远镜10年以上的使用寿命中使用从而在不需要很大推力的情况下保持其完美的位置。NASA表示，这将需要几个月的时间，它不仅要让天文台足够冷却和稳定下来，而且还要完成望远镜的整体对准过程。这些最终的校准是必不可少的：跟哈勃不同的是，宇航员不可能访问韦伯并调整任何故障。总体来说，在发射后的六个月里，科学观测才会开始。韦伯望远镜承诺提供一种无与伦比的宇宙观哈勃太空望远镜几十年来令人难以置信的发现、造访过木星、土星等地的探测器以及好奇号和毅力号这样的火星漫游者让我们对我们生活的宇宙有了前所未有的了解。即便如此，科学家们还是对詹姆斯·韦伯太空望远镜能够解开的谜团感到兴奋不已。通过聚焦近中红外光谱，它将能看到所谓的高红移物体。它们比哈勃目前能够看到的要古老得多、距离也更远。

简而言之，韦伯将能进一步追溯宇宙的历史。NASA解释称：“较长的波长使韦伯能更近地观察时间的开始并寻找未被观察到的第一个星系的形成以及观察尘埃云内部，那里的恒星和行星系统正在形成。”它可以帮助理解诸如超大质量黑洞会在星系的中心被发现的原因以及哪个是先出现的。而暗物质是另一个感兴趣的领域，韦伯预计将在这个领域帮助弄清楚它现在在哪里以及宇宙的加速如何帮助创造它。NASA相信，有了太空望远镜，人类可以看到宇宙大爆炸后2.5亿年甚至1亿年之后的样子。

日本火星探测器将于2029年带回一份火卫一样本

日本航天局(JAXA)正在为其火星卫星探索(MMX)任务做准备，该机构计划在2029年将火星卫星火卫一上的样本带回地球。此次任务的科学家们表示，他们希望找到火星两个卫星起源的线索以及火星本身，甚至可能找到过去生命的痕迹。

MMX团队在Twitter上写道：“我们认为，火卫一上装载着在陨石撞击火星时从火星上带走的物质。通过收集火卫一的样本，MMX将有助于调查火星生命的痕迹并将在21世纪20年代开始火星宜居性探索的新时代。”MMX目前计划在2024年发射，航天器将在2025年到达火星系统，约在离开地球一年后。目前的计划包括一个轨道飞行器、一个在火卫一着陆并具有样本收集和返回能力的着陆器--另外可能还会有一个漫游者。轨道器将被放置在火卫一附近的准卫星轨道(QSO)以收集科学数据。在进行轨道和现场观测并采集样本后，着陆器将携带从火卫一收集的材料样本返回地球。目前的计划是让着陆器收集10克土壤。在本周的新闻发布会上，JAXA科学家表示，火卫一上约0.1%的表层土壤来自火星，10克土壤可能含有大约30个颗粒，具体则取决于土壤的浓度。该团队表示，他们对火星卫星的探索将有助于改善未来行星和卫星探索的技术。他们称，他们的任务将有助于进步。MMX任务的具体目标如下：研究火星卫星火卫一和火卫二是否捕捉到了跟火星发生巨大碰撞后合并的小行星或碎片并对火星和类地行星的形成过程有了新的认识；阐明火星卫星和火星表面演化的控制机制，对包括火星卫星在内的火星球体的历史拥有新的认识。

向火星卫星发射任务一直是任务计划者和太空爱好者的愿望之一，过去几年，JAXA的工程师和科学家一直在努力将这一任务整合在一起。许多科学家表示，研究火星的卫星并登陆火星将是仅次于去火星本身的最好的事情。火卫一和火卫二被认为是可能成为人类基地的地方。NASA首席科学家Jim Green曾在2020年说过：“人类实际上只能探索少数天体的表面，而火卫一和火卫二都在名单上。它们围绕火星的轨道位置可能使它们成为人类在抵达这颗红色星球表面之前的首要目标，但这只有在MMX任务的结果完成后才有可能。”

该任务显然将有国际投入，它将配备11台仪器，其中4台将由NASA（美国）、ESA（欧盟）、CNES（法国）和DLR（德国）的国际合作伙伴提供。JAXA建造的仪器则包括观测详细地形的望远镜相机、识别水合矿物和有机物的广角相机、激光雷达激光高度计、灰尘监测器和质谱分析仪、取样设备和样品返回舱以及一个辐射环境监测仪。NASA已经签署协议，它将提供一台伽马射线和中子星能谱仪--用于检测构成火星卫星的元素--以及一台气动取样设备。CNES正在建造一个可以识别矿物成分的近红外光谱仪并跟DLR合作设计探测器以此来探索火卫一的表面。ESA将协助打造深空通信设备。MMX项目经理Yasuhiro Kawakatsu在本周的新闻发布会上表示，MMX的样本返回时间很快，这将使日本尽管开设得较晚但在从火星系统取回样本方面领先于美国和中国。