下一代NASA仪器可用于研究天王星,海王星的大气

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自从NASA的伽利略任务对木星的大气层进行探测以来,技术进行了很大的改变,以研究驱动该天然气巨头大气环流的热力发动机。

美国宇航局的一位科学家和他的团队在马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心,正在利用这些进步来使更小,更强大的净通量辐射仪成熟。这种类型的仪器告诉科学家在行星大气中何处进行加热和冷却,并定义了有助于大气运动的太阳和内部热源的作用。下一代辐射计是专门为研究天王星或海王星的大气而开发的,但可用于任何有大气的目标。

在太阳系中的所有行星中,只有天王星和海王星(由于它们主要由冰组成而被称为冰巨人)仍然相对未开发。旅行者2号拍摄了第七和第八颗行星的照片时,却没有获得伽利略号和卡西尼号任务收集的有关木星和土星的惊人细节。甚至遥远的冥王星在2015年的“新视野”任务中也获得了近距离拍摄。

领导团队开发下一代仪器的沙希德·阿斯兰(Shahid Aslam)说,仍有很多发现。

科学家确实知道,天王星和海王星都有着泥泞的水,氨和甲烷冰层,而它们的大气层则由分子氢,氦气和甲烷气体组成。但是,在这些寒冷的木星外部世界中存在差异。

当温度降至华氏-333.7度以下时,氨气冻结成冰晶并从两个行星的大气中逸出。甲烷(一种蓝色气体)占主导地位。尽管两个行星的大气甲烷含量相似,但看起来却有所不同。天王星显示为朦胧的蓝绿色,而海王星则呈现深得多的蓝色。阿斯兰说,一些未知的大气成分被认为有助于海王星的深蓝色。

此外,天王星缺乏内部热量。因此,它的云很冷,不会在最上层的雾层之上滚滚。另一方面,海王星辐射出的能量与太阳吸收的能量一样多。这种内部能量使海王星拥有活跃,充满活力的气氛,其特征是黑带,甲烷冰和暴风雨的明亮云层。

阿斯拉姆说,由于美国宇航局从未向冰巨人派遣专门的任务,因此驱动这些大气条件的物理细节仍然难以捉摸。

他认为新工具可以提供答案。

这是旅行者2号飞船拍摄的天王星行星的图像,该旅行者于1986年1月从太阳飞越第七颗行星。

它是类似类型仪器的后继产品,该仪器收集了有关木星大气状况的数据,然后在1995年12月被木星的气压压碎。在这具危险的58分钟的深空行进过程中,伽利略的净通量辐射计–装在里面的几个探针-测量的是从上方的太阳到达行星的辐射以及下方的行星自身产生的热辐射或热量。这些顶部和底部的测量值帮助科学家计算了两者之间的差异,这一测量值称为净通量。

除了提供有关大气加热和冷却的详细信息之外,净通量数据还提供有关云层及其化学成分的信息。 “实际上,您可以从净通量数据中学到很多东西,尤其是行星辐射的源和汇,” Aslam说。

像其前任一样,阿斯拉姆的乐器将在天王星或海王星的大气层中发生自杀式下降。但是当它下降时,它将以更高的准确性和效率收集有关这些人们了解的区域信息。 “可用的材料,过滤器,电子探测器,飞行计算以及数据管理和处理都得到了改善。坦白说,我们一直都有更好的技术。显然,现在是时候为下一代的大气进入探头开发该仪器的下一代了,”他说。

例如,Aslam不再使用伽利略上使用的热电探测器,而是着眼于使用热电堆传感器,该传感器将热或红外波长或热转换为电信号。优点是热电堆电路不太容易受到干扰和电噪声的影响。

Aslam的团队还增加了两个红外通道来测量热量,使总数达到七个,并增加了两个视角来收集这些波长并帮助建模光散射。当光由于与气溶胶和冰粒的相互作用而在一个视场中散射时,散射会污染另一视场中的测量结果。这样一来,科学家就可以在分析数据时对所发生的事情有一个歪曲的印象。

此外,随着仪器的下降,该仪器更紧密的视野将揭示有关行星云层和大气层的更多细节。同样重要的是,该仪器更小,其传感器采用了支持快速数据采样的现代专用集成电路,Aslam说。

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