摘要：木星的观察表明，氨分布在上层大气中，这与均匀混合的期望。科学家们发现了与激烈的闪电风暴相关的复杂但显而易见的过程的证据：强烈的上升气流产生泥泞的氨和水的冰雹冰雹，最终掉入了氨的地球和耗尽区域。这是地球大气的第一张3D图片的一部分，该图片显示暴风雨主要是浅的。...

想象一下，一个由氨和水包裹在坚硬的水冰中的Slushee™。现在，想象着这些被称为“蘑菇”的冰块的雪球，在雷暴中像冰雹一样下雨，被强烈的闪电闪烁所照亮。

加州大学伯克利分校的行星科学家现在说，穆斯塔伴随着猛烈闪电的冰雹实际上存在于木星上。实际上，在银河系中的所有气态行星上可能会发生麦芽冰雹，包括我们太阳系的其他巨型行星，土星，天王星和海王星。

最初在2020年提出的麦芽泡沫的想法解释了木星上层大气中氨气分布的不均匀性，这既是NASA的Juno Mission又是通过地球上的射电望远镜检测到的。

当时，加州大学伯克利分校的研究生克里斯·莫克尔（Chris Moeckel）和他的顾问伊姆克·德·帕特（Imke de Pater）是天文学和地球和行星科学的Emerita教授，认为该理论太精致而无法真实，需要高度特定的大气条件。

“艾克和我俩都喜欢，'世界上没有办法这是真的。'去年，现在是加州大学伯克利分校太空科学实验室的研究员。 “这么多事情必须团结起来才能真正解释这一点，这似乎是如此的异国情调。我基本上花了三年的时间试图证明这是错误的。我无法证明这是错误的。”

确认，3月28日在期刊上报道科学进步，与木星高层氛围的第一个3D可视化一起出现，Moeckel和de Pater最近在文章中创建和描述，该论文正在接受同行评审，并发布在Preprint Server Arxiv上。

木星对流层的3D图片表明，木星上的大多数天气系统都是浅的，仅在可见的云甲板或行星“表面”以下仅10到20公里，而半径为70,000 km。环绕地球的带中的大多数彩色，旋转的图案都是浅的。

然而，某些天气在对流层中更深得多，重新分布氨和水，并基本上将长期认为是统一的气氛混合在一起。负责的三种类型的天气事件是类似飓风的漩涡，热点与富含氨的羽毛相连，这些羽毛在地球上以波浪状结构包裹在地球上，以及产生和闪电的大风暴。

Moeckel说：“每次您看木星时，这主要只是表面水平。” “这很浅，但是有几件事 - 涡流和这些大风暴 - 可以猛击。”

德·帕特（De Pater）说：“朱诺确实表明，氨水耗尽至约150公里，这真的很奇怪。”他10年前发现，氨水被耗尽至约50公里。 “这就是克里斯试图用他的风暴系统的解释要比我们预期的要深得多。”

从观察云中推断行星的组成

木星和土星等气体巨头以及海王星和天王星等冰巨头是当前太空任务和大型望远镜（包括詹姆斯·韦伯太空望远镜）的主要重点，部分原因是它们可以帮助我们了解太阳能系统的形成历史和远处的远距离观察，其中许多是较大的且很大的和质量的。由于天文学家只能看到遥远的系外行星的上层大气，因此知道如何解释这些观察中的化学签名可以帮助科学家推断外部球星内部的细节，即使是类似地球的行星也是如此。

莫克尔说：“我们基本上表明，气氛的顶部实际上是地球内部事物的非常糟糕的代表。”

那是因为像造成蘑菇的风暴一样，将大气层覆盖，以便云顶的化学成分不一定反映出大气中更深的组成。木星不太可能是唯一的。

德·帕特（De Pater）说：“您可以将其扩展到Neptune的天王星 - 当然也将其扩展到系外行星。”

木星上的大气与地球上的气氛完全不同。它主要由氢气和氦气制成，并具有痕量的气态分子，例如氨和水，它们比大气层重。地球的大气主要是氮和氧气。木星还持续了几个世纪，木星也有风暴。虽然氨气和水蒸气升高，但冻结成雪，像雪，不断下雨，但没有固体表面可击中。雨滴什么在什么时候停止掉落？

莫克尔说：“在地球上，你有一个表面，雨最终会撞到这个表面。” “问题是：如果您将表面移开会发生什么？将雨滴落入地球多远？这就是我们在巨型行星上拥有的东西。”

这个问题几十年来一直引起了行星科学家的兴趣，因为雨水和风暴之类的过程被认为是行星气氛的主要垂直混合物。几十年来，关于木星等气体巨型行星的内部构成的混合气氛的简单假设。

De Pater及其同事进行的大部分射电望远镜观察表明，这个简单的假设是错误的。

莫克尔说：“动荡的云层将使您相信气氛充满了混杂。” “如果您看着顶部，就会看到它在沸腾，并且假设整个锅都在沸腾。但是这些发现表明，即使顶部看起来像是沸腾的，下面是一个确实非常稳定且迟钝的层。”

的微物理学

Moeckel说，在木星上，大多数水雨和氨雪似乎在寒冷的大气中循环高高，并随着降落而蒸发。然而，甚至在朱诺到达木星之前，de Pater和她的同事都报告说，氨没有氛围。他们能够通过动态和标准的天气建模来解释这些观察结果，这些天气模型预测了雷雨中的氨气降雨至水层，水蒸气将水蒸气凝结成液体。

但是，朱诺的无线电观察结果将不良混合的区域追溯到更大的深度，降至约150公里，许多地区令人困惑地耗尽了氨，没有可以解释观察结果的已知机制。这导致提出的建议必须形成从大气中掉出大气并去除氨的冰雹。但这是一个谜，这是一个谜，如何形成足够重的冰雹到达大气中的数百公里。

为了解释为什么木星大气层中缺少氨的原因，行星科学家特里斯坦·吉洛特（Tristan Guillot）提出了一种涉及暴风雨和泥泞的冰雹的理论，称为蜂骨。在这个想法中，暴风雨期间的强大上升气流可以将高度高的冰颗粒提升到云层上方，超过60公里。在这些高度上，冰与氨气混合在一起，其作用像防冻剂，并将冰融化成泥泞的液体。随着颗粒继续上升和下降，它们变得更大 - 就像地球上的冰雹一样，最终变成了垒球的大小。

这些可以以3比1的比例捕获大量的水和氨。由于它们的大小和重量，它们深入了大气 - 远低于暴风雨的开始 - 随身携带氨。这有助于解释为什么氨似乎从高层大气中丢失了：它被拖下并隐藏在地球内部，在那里它留下了淡淡的签名，可以用射电望远镜观察到。

但是，该过程取决于许多特定条件。风暴需要具有非常强大的上升气流，每秒约100米，泥浆颗粒必须迅速与氨混合并长大足够大以在秋天生存。

“当水滴作为水滴时，Mushball的旅程本质上是在云层下方约50至60公里处开始的。水滴迅速升至云甲板的顶部，在那里它们冻结了，然后落入星球上一百公里，在那里开始蒸发并沉积在那里，” Moeckel说。” “因此，从本质上讲，这个怪异的系统被触发到云层甲板以下，一直到大气的顶部，然后沉入地球深处。”

一场风暴云的朱诺无线电数据中的独特签名使他和他的同事认为这确实发生了。

Moeckel说：“云下面有一个很小的地方看起来像是冷却，即融化冰，或者增强氨，即氨融化和释放。” “事实是，只有最终使我说服我的才能解释。”

据Paper Paper合着者Huazhi GE说，无线电签名不可能是由水滴或氨雪引起的，他是巨型行星云动力学的专家，帕萨迪纳（Pasadena）加利福尼亚技术学院的博士后研究员。

“这科学进步论文从观察上表明，这个过程显然是正确的，这是我最适合找到更简单答案的愿望。”莫克尔说。

木星的协调观察

世界各地的科学家定期观察木星，以地面望远镜观察，与朱诺每六周对地球最接近地球的方法一致。在2017年2月和2019年4月（两篇论文所涵盖的时期） - 研究人员使用了来自哈勃太空望远镜（HST）和新墨西哥州的非常大的阵列（VLA）的数据来补充Juno观察结果，以创建对流层的3D图片。 HST在可见的波长下提供了云顶部反射光的测量值，而射电望远镜VLA探测了云下方数十公里以提供全球环境。朱诺的微波辐射计探索了木星在有限的大气区域的深层气氛。

Moeckel说：“我从本质上开发了一种层析成像方法，该方法采用无线电观察，并将它们变成了朱诺所见大气的三维渲染。”

木星一片片段的3D图片证实，大部分天气都发生在10公里上公里。

Moeckel说：“水冷凝层在控制木星的动态和天气中起着至关重要的作用。” “只有最强大的风暴和波浪才能突破该层。

Moeckel指出，由于缺乏Juno Mission的公开校准数据产品，他对木星气氛的分析被推迟了。鉴于当前发布的数据级别，他被迫独立地重建任务团队的数据处理方法 - 工具，数据和讨论，如果较早共享，可能会大大加速独立研究并扩大科学参与。此后，他将这些资源公开用于支持未来的研究工作。

这项工作部分由NASA（80NSSC18K1003）的太阳系观测（SSO）奖资助。