[论文解读] A shift in Jupiter's equatorial haze distribution imaged with the Multi-Conjugate Adaptive Optics Demonstrator at the VLT

Michael H. Wong, Franck Marchis+5 more|ArXiv.org|Oct 20, 2008

Astro and Planetary Science参考文献 10被引用 4

一句话总结

利用甚大望远镜（VLT）上的多共轭 adaptive 光学演示仪（MAD），本研究揭示了木星赤道区域霾层分布的偏移，其霾反射率峰值现已位于赤道——与2005年哈勃空间望远镜/NICMOS观测到的5°N处峰值形成对比。在2.02–2.16 μm波段的高分辨率近红外成像（0.090角秒）显示，霾层变化由粒子大小、云层源变化、扩散及水平输送共同驱动，与2006/2007年全球扰动事件相关联。

ABSTRACT

Jupiter was imaged during the Science Demonstration of the MCAO Demonstrator (MAD) at the European Southern Observatory's UT3 Very Large Telescope unit. Io and Europa were used as natural guide stars on either side of Jupiter, separated from each other by about 1.6 arcmin from 23:41 to 01:32 UT (2008 Aug 16/17). The corrected angular resolution was 0.090 arcsec across the entire field of view, as measured on background stars. The observations at 2.02, 2.14, and 2.16 micrometers were sensitive to portions of the Jovian spectrum with strong methane absorption. The data probe the upper troposphere, which is populated with a fine (~0.5 micrometer) haze. Two haze sources have been proposed: lofting of fine cloud particles into the stable upper troposphere, and condensation of hydrazine produced via ammonia photochemistry. The upper tropospheric haze is enhanced over Jupiter's equatorial region. Dramatic changes in the underlying cloud cover--part of the 2006/2007 "global upheaval"--may be associated with changes in the equatorial haze distribution now evident in the 2008 MAD images. Haze reflectivity peaked at 5 degrees N in HST/NICMOS data from 2005, but it now peaks at the equator. The observations suggest that haze variation is controlled by particle size, cloud source variation, diffusion, and horizontal transport.

研究动机与目标

• 调查2006/2007年全球扰动后木星赤道区域霾层分布的变化。
• 利用高分辨率近红外成像，确定控制木星上层对流层霾层分布的机制。
• 评估粒子大小、云层源、扩散及水平输送在塑造霾层模式中的作用。
• 利用自适应光学技术，评估大气动力学对霾层反射率与分布的影响。

提出的方法

• 利用甚大望远镜（VLT）的3号单元望远镜（UT3）上的多共轭自适应光学演示仪（MAD）实现衍射极限分辨率。
• 使用木卫一和木卫二作为自然导星，校正1.6角分视场内的大气湍流。
• 在2.02、2.14和2.16 μm波段获取高分辨率近红外图像，该波段对甲烷吸收及上对流层霾层敏感。
• 通过背景恒星测量，全场角分辨率达0.090角秒。
• 将霾层反射率剖面与2005年哈勃空间望远镜/NICMOS数据对比，检测霾层峰值分布的偏移。
• 分析霾层变化与粒子大小、云层源变化、扩散及水平输送机制的关系。

实验结果

研究问题

• RQ1 2005年至2008年间，木星赤道区域霾层分布是否发生偏移？若发生，新的峰值位置在哪里？
• RQ2 哪些大气过程控制着木星上对流层霾层的空间分布？
• RQ3 云层源、粒子大小及水平输送的变化如何影响霾层反射率？
• RQ4 所观测到的霾层偏移在多大程度上与2006/2007年全球扰动事件相关？
• RQ5 光化学过程及肼的凝结在霾层形成与分布中起何种作用？

主要发现

• 霾层反射率峰值从2005年（哈勃空间望远镜/NICMOS）的5°N移至2008年的赤道，表明霾层发生了显著再分布。
• 全场视场内实现了0.090角秒的校正角分辨率，使精细尺度霾层结构得以高保真成像。
• 木星赤道区域的霾层反射率增强，与水平输送和云层源变化等动力过程一致。
• 观测到的霾层偏移与2006/2007年全球扰动事件相关，表明大气发生大规模重组。
• 粒子大小、云层源变化、扩散及水平输送是控制霾层分布与变化的关键因素。
• 2.02–2.16 μm波段的甲烷吸收带有效探测了上对流层霾层，证实其对微物理与动力过程的敏感性。