想看透木星？似乎沒那么容易

　　2011年8月，美國宇航局（NASA）發射了“朱諾號”木星探測器。去年夏天，“朱諾號”終于進入環繞木星的軌道。

　　朱諾，是羅馬神話中天神朱庇特的妻子。朱庇特施展法力用云霧遮住自己，但是朱諾卻能看透這些云霧，了解朱庇特的真面目。探測器取名“朱諾號”，也是想借用其寓意，解開木星這顆云遮霧繞的氣態巨行星隱藏的秘密。

　　不過，最近一篇發表于美國《國家科學院院刊》的論文批評了今年3月發表在《自然》雜志上的一篇論文。后者認為木星大氣層有3000公里，而前者認為這還不能成為定論。

　　想看透木星，似乎沒那么容易。

　　為解決歷史爭議 “朱諾號”出發了

　　透過望遠鏡看過木星的人，都會對木星表面美麗的條紋結構感到驚嘆。其實，這份美麗來得十分“猛烈”。橫掃木星的大氣環流持久而強勁，風速比地球上可將大樹連根拔起的十級風還要猛烈5倍。

　　她的美麗為何這么猛烈？美麗的外表下又掩藏著什么？探索云霧下的面孔，是人類的好奇，也是“朱諾號”的使命。

　　早在“朱諾號”誕生之前，天文學家關于木星的內部結構便爭論不休。一些人認為木星的大氣層非常厚，另一些則認為木星的大氣層像地球一樣只有薄薄的一層。為了給這一爭議畫上句號，“朱諾號”出發了。

　　“木星表面的風暴受到底層大氣環流的影響。要了解表面風暴的形成原因，就要了解深部的大氣環流情況。”中科院國家天文臺研究員鄭永春說。

　　可是，木星內部和深部的情況，是無法通過對木星表面的遙感探測看到的。聰明的科學家想到了用探測器的飛行軌道數據，獲得木星的引力場數據，從而尋找木星大氣環流的影響因素。

　　“‘朱諾號’在木星上空飛行的時候，會受到木星引力的牽引。如果內部的密度高、引力大，航天器的軌道就會降低一點；如果內部的密度低、引力小，航天器軌道就會抬升一點。”鄭永春說。

　　有了這些數據，科學家直接把數據放入已經預先研究好的反演方程里，就萬事大吉了，可是……

　　數據有了 但問題并沒有解決

　　如今，“朱諾號”環繞木星飛了近一年，數據也傳回來不少。可是，關于新的研究成果，科學家們又起了爭議。

　　今年3月，《自然》雜志發表了“朱諾號”飛船科學組成員、以色列魏茨曼科學研究所研究員Yohai Kaspi等人對木星大氣環流結構的建模反演成果。他們認為，木星的大氣環流可以深入其表面以下3000公里左右，約占木星質量的百分之一。

　　“相比之下，地球的大氣層還不到地球總質量的百萬分之一。木星有如此巨大的區域在不同的東西波段旋轉，這是一個驚喜。”Kaspi曾表示。

　　如果無誤，這一結果確實是一個巨大的驚喜，因為它表明木星的氣象層比之前猜測的要深得多。而這也直接表明“朱諾號”解決了歷史上關于木星結構的爭議。

　　可是，這個結果引來了新的爭議。

　　“這項研究提出的環流模型缺乏數學物理意義，采用的反演途徑不符合流體力學原理，所得結論的可靠性和科學性存在顯著的缺陷。”中科院上海天文臺行星物理與磁流體力學課題組研究員孔大力說。

　　孔大力和英國埃克塞特大學教授張可可等科學家擔心，關于“3000公里”的研究定論很可能會直接誤導人們對木星的認識，并影響此后以該結論為依據的科研工作。 于是，最近他們在美國《國家科學院院刊》上發表論文，指出了Kaspi等人的觀點與方法存在的問題，并強調“朱諾號”并沒有解決關于木星環流結構的謎題。

　　誰的方程更合理

　　“這個結果并不新，也不令人驚訝。”看到美國《國家科學院院刊》上的論文后，Kaspi在接受《中國科學報》記者采訪時說，他的團隊和新論文團隊之間的爭議，已經持續了3年。

　　這3年來，雙方爭議的焦點之一是一個名為“熱成風方程”（TWE）的反演模型。

　　這個方程表示的是流體的運動和密度變化之間的聯系。與巖石行星地球不同，木星是氣態行星，引力與流體的運動和密度之間存在聯系。正因如此，“熱成風方程”成為從木星引力場數據反演木星內部結構的一把鑰匙。

　　“‘熱成風方程’原本是用于研究地球大氣運動的一個流體力學模型。由于地球大氣只有薄薄的一層，方程中忽略了大氣本身的自引力，而木星是氣態行星，大氣本身的引力不能忽略，所以不能把熱成風方程直接用在木星上。”孔大力說。

　　2015年，張可可、孔大力等人就曾在《天體物理學雜志》上發表論文，提出了“熱量—引力成風方程（TGWE），并認為“必須使用這個方程估算大型氣態行星中大氣環流的密度擾動”。

　　然而，Kaspi告訴記者：“并沒有所謂的‘熱量—引力成風方程’，這只是張可可等人發明出以示與我們不同的東西。”

　　他表示，他們之所以不使用熱量—引力成風方程，是因為完整的熱成風方程需要在現用方程的基礎上增加5個術語，而熱量—引力成風方程只在熱成風方程基礎上增加了5個術語中的一個，所以并不準確。

　　各說各理 接下來該怎么辦

　　對于這項爭議，鄭永春在接受《中國科學報》采訪時表示，一方認為自己提出的模型可以解釋木星的引力場和環流運動，另一方覺得模型還不夠好，需要完善，這一情況在科研領域其實并不偶然。

　　“在科學發展的過程中，對觀測到的事實，科學家會先提出一個理論模型來解釋。但隨著觀測越來越全面深入，這個理論模型會受到很多條件的約束，需要不斷完善理論模型，或是推翻。理論模型是否可靠，取決于我們可以得到什么樣的證據來支持、完善或推翻這個模型。”鄭永春說。

　　他表示，目前的爭議與“朱諾號”探測精度仍然不夠高有關。“將來可以用一種新型的探測技術，得到更精細的木星引力場。引力場的數據越準確，關于木星內部環流的理論模型就越可能接近真實情況，對木星風暴的形成原因的理解就越準確。”鄭永春說。