業餘與專業天文學家聯手解決了一項關於木星雲層成分的長期爭議。這些雲層過去被認為是由氨冰構成，但如今科學家認為它們可能由硫化氫銨與煙霧混合而成。
這項發現於今年1月1日發表在《地球物理研究期刊：行星》（Journal of Geophysical Research: Planets），研究由業餘天文學家希爾博士啟發，他證明可以使用業餘望遠鏡和特殊濾鏡測量木星雲層頂部的氨氣濃度與壓力。他的研究顯示，不僅業餘天文學家可以繪製木星大氣中的氨氣分佈圖，還揭示了這些雲層位於木星溫暖的大氣層深處，不可能由氨冰構成。
圖說：由NASA 朱諾號拍攝木星北半球溫帶區域旋轉的雲層。Credit: Enhanced: Gerald Eichstädt and Sean Doran (CC BY-NC-SA); Original: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS
重新認識木星的雲層
在這項新研究中，牛津大學的歐文教授將希爾博士的分析方法應用在歐洲南方天文臺（ESO）超大型望遠鏡（VLT）上的多單元光譜探測器（MUSE）對木星進行的觀測。MUSE利用光譜技術分析木星氣體在不同波長可見光中的特徵，繪製木星大氣中的氨氣與雲層高度分佈圖。透過電腦模型模擬光線與木星氣體及雲層的互動作用，研究團隊發現木星的主要雲層（透過業餘望遠鏡可觀察到的雲層）比先前認知更深，處於高壓高溫的區域。這些雲層的溫度過高，不適合氨冷凝，因此這些雲層可能是由其他物質構成的，例如硫化氫銨。
先前對MUSE觀測資料的分析也曾顯示出類似結果，然而這些分析十分複雜，僅能由少數研究團隊進行，因此難以得到廣泛驗證。在這項新研究中，研究團隊證明希爾博士簡單比較相鄰窄波段濾鏡亮度的方法能得出完全一致的結果。由於該方法速度非常簡單，因此更容易驗證。團隊因此得出結論，木星的雲層確實位於比預期氨雲層（700毫巴）更深的壓力層中，因此不可能由純氨冰構成。
理解木星雲層的形成
為何氨氣無法冷凝形成厚雲層？由於光化學反應在木星大氣中非常活躍，在濕潤、富含氨氣的空氣上升的區域，氨氣被光化學產物破壞或混合的速度快於氨冰形成的速度，因此雲層可能是由硫化氫銨與光化學雲霧混合形成的，這些物質共同形成木星照片中可見的紅色和棕色。在小範圍、對流特別強烈的區域，上升氣流可能足夠快速以形成新鮮的氨冰，此類區域偶爾可見於NASA的伽利略號和朱諾號太空船的觀測中，顯示出少數小型白色高雲，其陰影投射在下方的主雲層上。
圖說：VLT/MUSE於2020年3月23日和2017年4月6日的觀測的木星和土星的外觀。左欄顯示未使用伽瑪校正時的顏色，而右欄顯示伽瑪校正後的外觀，更接近普通人透過望遠鏡用肉眼觀察到的顏色。圖源：Irwin, P. G. J. et al. (2025)
研究團隊還將該方法應用於VLT/MUSE的土星觀測，發現其推導的氨氣分佈與其他研究結果（包括韋伯太空望遠鏡）高度一致。同樣，他們發現土星主要的反射層位於預期氨冷凝層以下，表明土星大氣中可能存在類似的光化學過程。
公民科學貢獻與未來研究的可能性
研究主持人歐文教授表示：「我驚訝於這種簡單的方法竟能深入探測大氣層，並清楚地證明主要雲層並非由純氨冰構成！這些結果顯示，一位創新的業餘天文學家憑藉現代相機和特殊濾鏡，就能為木星大氣研究開啟新視窗，並有助於理解木星神秘雲層的本質。」
希爾博士擁有科羅拉多大學的天體物理學博士學位，從事太空天氣預報工作。他說：「我總是希望透過商用裝置推進觀測能力，看看能用平價裝備完成哪些測量。我希望找到業餘天文學家對專業工作作出有益貢獻的新方法，但我完全沒想到這個專案能帶來如此豐碩的成果！」
透過這種簡單的分析技術繪製的氨氣分佈圖，其計算成本僅為複雜方法的一小部分，這代表公民科學家可以利用這項技術追蹤木星大氣中氨氣和雲層頂壓力的變化，包括木星的雲帶、小型風暴以及大紅斑等大型漩渦。（編譯／王庭萱）
資料來源：SciTechDaily
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