1995年12月7日，美國宇航局的伽利略號(Galileo)探測器以每小時106000英里的速度墜入木星的大氣層，將58分鐘的數據傳回地球，然後在木星內部被粉碎。
就大氣成分而言，探測器測量到的一些物質符合預期。但也有一些意外，其中最令人不解的是，伽利略探測號進入的區域比天體物理學家預期的要乾燥。木星的79顆衛星大部分是由冰組成的，所以人們認為木星的大氣中會含有大量的水。如果是這樣的話，750磅重的探測器當時並沒有發現水的存在。
近四分之一個世紀過去了，專家們仍在爭論在木星的大氣中有多少水存在。包括克Clemson University的天體物理學家Mate Adamkovics在內的一支國家科學家小組最近的研究表明，答案是……很多。
“通過建立和分析地面望遠鏡獲得的數據，我們的團隊已經探測到木星大紅斑表面深處存在水的化學跡象，”Adamkovics說，他是科學學院物理和天文系的助理教授。“木星是一顆巨型氣體行星，其質量是我們所有其他行星總和的兩倍多。儘管木星大氣的99%是由氫和氦組成的，但在一個如此巨大的行星上，即使是太陽能反應產生的水加起來也會有很多——比地球上的水還要多很多倍。
Adamkovics的合作研究最近發表在《天文學雜誌》(Astronomical Journal)上，這是世界上首屈一指的天文學雜誌之一。他是NASA的Gordon L. Bjoraker團隊的一員;加州大學伯克利分校(University of California, Berkeley)的Michael H. Wong和Imke de Pater;馬里蘭大學(University of Maryland)的Tilak Hewagama;還有加州理工學院(California Institute of Technology)的Glenn Orton。這篇論文的題目是“木星大紅斑的氣體成分和深層雲結構”。
該團隊將目光集中在大紅斑上，大風暴是木星上最大的風暴氣旋，長約25000千米，上下跨度12000千米，每6個地球日按逆時針方向旋轉一週，經常捲起高達8千米的雲塔，150多年來一直在木星的天空中肆虐。研究小組利用地面望遠鏡上的兩種儀器收集的輻射數據來尋找水源: NASA紅外望遠鏡上的iSHELL和Keck 2望遠鏡上的近紅外光譜儀，這兩種望遠鏡都位於夏威夷的茂納基亞(Maunakea)偏遠的山頂。iShell是一種高分辨率的儀器，可以探測到各種色譜的氣體。Keck 2是地球上最靈敏的紅外望遠鏡。
研究小組在大紅斑發現了三層雲，最深的雲層在5-7巴(壓力單位，1巴=100000帕斯卡)之間。巴是壓力的公制單位，它近似於地球海平面上的平均大氣壓。木星的海拔是用巴來測量的，因為木星沒有類似地球用來測量海拔的表面。
科學家們認為，在雲頂以下約5-7巴(約100英里)的地方，水的溫度將達到冰點。研究小組發現的三層雲層中最深的一層被認為是由冷凍水組成的。
“利用我們的技術在木星上發現水在很多方面都具有重要意義。我們目前的研究集中在紅斑上，但未來進行的項目將能夠估算出整個木星上有多少水存在，”Adamkovics說。
“水可能在木星動態的天氣模式中扮演關鍵角色，所以這將有助於我們理解是什麼導致木星的大氣如此動盪。”最後，在可能有液態水存在的地方，不能完全排除生命存在的可能性。所以，儘管看起來不太可能，但木星上存在生命並不超出我們的想象範圍。”
Clemson在這項研究中的主要角色是使用專門設計的軟件將原始數據轉換成具科學質量的數據，這些數據可以更容易地分析，並與Clemson和世界各地的科學家共享。今年春天，物理學和天文學專業的本科生Rachel Conway完成了這類工作，他通過Clemson的創意探究計劃(Creative Inquiry program)參與了該項目。
來自康涅狄格州沃特敦(Watertown)的Conway說“剛開始的時候，我先把數據遍歷一遍。代碼已經寫好了，我只是插入新的數據集並生成輸出文件。但後來我開始修正錯誤，並對實際情況有了更多瞭解。我對任何事物都感興趣，所以瞭解更多我們不知道的東西是非常棒的。”
NASA的朱諾號(Juno)飛船於2016年抵達木星，至少2021年之前將圍繞木星軌道運行並進行研究，它揭示了許多關於行星驚天大秘密。朱諾號還在利用自己的高科技紅外光譜儀尋找水源。如果朱諾號的觀測與地面觀測相吻合，那麼後者不僅適用於大紅斑，也適用於整個木星。als0技術可以用來研究土星、天王星和海王星，這三顆太陽系的氣體行星。
“從今年秋天開始，下一個項目將是探測整個木星來獲取更多此類數據。” Adamkovics說，他的研究重點是行星形成、行星大氣和星周盤的物理和化學。
“為了做到這一點，我們將利用新儀器iSHELL收集千兆字節的數據，iSHELL以非常高的分辨率工作，將補充朱諾的觀測數據。下一個項目的新部分是為所有這些數據編寫自動化軟件，這樣我們就可以全面瞭解木星上水資源的豐富程度。”
這一次，Adamkovics和Conway會有一些新成員加入他們的Clemson團隊。Adamkovics將增加6到8名創造性調查學生，以協助分析原始數據。
Adamkovics說:“除了物理專業的學生，我們還有專門研究其他領域的計算機科學家。我們期望這些跨學科的技能能夠互相補充，提高我們的效率和高效。木星仍然有許多謎團。但我們從未像現在這樣做好準備，也從未像現在這樣的有能力去解決這些問題。
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