木星惊现未知光斑！业余爱好者用百年老镜揭开太阳新谜团

摘要：业余天文学家史蒂夫·希尔用市面上能买到的望远镜搭配光谱滤镜，本打算绘制木星天气中的氨含量分布图，没想到分析数据时竟发现根本性矛盾——这颗气态巨星的大气成分与所有现存模型预测的结果都不吻合。

一位业余天文学家使用古老技术观测木星——竟然发现怪异现象

“天文学家总是会优先采用简单模型，除非有确凿证据表明该模型确实存在缺陷。”

木星图像（图片来源：NASA/ESA/Amy Simon（NASA-GSFC））

木星的标志性漩涡云层竟然不是氨冰晶组成的！科学家与业余天文学家联手揭开了这一奥秘，该发现彻底改写了人类对这颗气态巨星的基础认知。

业余天文学家史蒂夫·希尔用市面上能买到的望远镜搭配光谱滤镜，本打算绘制木星天气中的氨含量分布图，没想到分析数据时竟发现根本性矛盾——这颗气态巨星的大气成分与所有现存模型预测的结果都不吻合。

牛津大学行星科学家帕特里克·欧文面对Space.com说：“这事有点意思！刚听说史蒂夫的观测方案时，我心里有些怀疑——区区民用级设备真能绘制出高精氨分子分布图？”但是当数据被一层层剥开，疑云逐渐被兴奋取代，这位科学界大牛不得不承认：“希尔怕是摸到了门道！”

木星的大气成分主要是氢和氦，其中还含有少量的氨、甲烷、水蒸气及其其他气体。这些微量成分在不同的大气高度发生凝结，形成反射阳光的云层系统，造就了木星独特的外观特征。由于氨在所有已知气体中具有最低的凝结压阀值，且已证实存在木星大气中，科学界长期认为这颗气态巨星上层大气可见的云层应由氨冰构成。

“天文学家总是倾向于采用最简单的理论模型，除非出现颠覆性证据迫使其修正。欧文解释道：“由于我们能在木星的大气中观测到氨气，学界便理所当然的认为其表面可见云层主要由氨冰构成。”这段合作始于2023年，当时希尔在英国天文协会报告了突破性观测成果之后，通过协会的共同联系人结识了欧文。“史蒂夫希望与专业的天文学家合作验证其研究方法的科学性，”欧文回忆道，“他采用的光谱分析法实际源于上世纪七八十年代的技术路线——通过红色波段中氨与甲烷的可见光吸收来分析大气成分。这种方法虽广为人知，却已在学界沉寂多年。”

该技术为吸收带深度分析法，其原理是通过检测气体在特征波长下的光线吸收量来测算浓度——此次研究对象为甲烷和氨气。

希尔利用甲烷（619纳米）和氨气（647纳米）的吸收带来计算木星云层顶部这两种气体的丰度，这两个波段是木星可见光谱中众所周知的特征。甲烷在619纳米处的吸收是一个可靠的参考基准，因为甲烷的丰度已经被充分的掌握，其吸收性可用于确定大气压力层级。通过将此与氨气在647纳米处的吸收进行对比，希尔得以计算出木星云层中氨气的分布，并绘制出具有惊人高精度的分布图。

“我们已知甲烷在木星大气中混合均匀，并且对其丰度已有较准确的估算，”欧文进一步解释道，“通过分析这两个吸收带观测影像的反射差异，我们技能确定云顶压力，又能推算出氨气的相对丰度。”

研究团队团队发现，木星大气中的反射光来自于云层深处——那里的环境压力远高于氨气凝结所需的条件，温度也过高。欧文指出：“观测数据显示，主反射层的实际位置比理论预测的氨气凝结层（0.7巴压力层）要深得多，真实存在于2-3巴压力区间。”

基于这一发现，研究团队必须重新审视木星云层的主要成分——氨冰已无法满足观测数据。通过大气模型推演，科学家提出木星云层更可能由硫化氢氨构成，同时包含大气光化学反应生成的雾霾物质。这一推断的重要依据在于，纯冰晶的光谱特征与木星云层的实际色泽存在显著差异。

“不过这种成分的构成尚未完全确定，”欧文在补充说明时强调，“学界还有另一种假说认为，木星云层可能是水与氨在特殊环境下形成的复合型结构。”

他继续说道，这表明木星的大气中存在复杂的光化学反应。“在大多数区域，氨的光解和消耗速度快于其被抬升的速度。因此，纯氨冰云相当罕见，并仅限于少数强对流的区域。”欧文解释道。

希尔的观测共和理论在欧文的帮助下得到了验证，他们利用更先进的技术进行比对，分析了来自欧洲南方天文台（ESO）超大望远镜（VLT）的MUSE仪器，超大天线阵（VLA）以及NASA朱诺号探测器的数据。这一发现意义重大，不仅确认了这些激动个人心的研究成果，还让对木星及类似行星（如土星）的观测更加便捷和高效。

“氨的分布情况是研究木星天气的重要线索，这对于理解木星及类似行星至关重要。”希尔在他去年发表在《地球与空间科学》期刊的论文中写道。

尽管这是一个激动人心的突破，科学家们也承认仍存在需要解决的局限性。例如，目前的结果依赖于一个假设的“垂直”氨分布模型，而科学家通常认为这一分布是恒定的。