利用朱诺号航天器的数据进行的两项新研究，首次直接测量了木星大红斑的深度。大红斑是至少已肆虐数百年之久的表面风暴。
几个世纪以来，天文学家一直在凝视木星的气态旋涡，但朱诺号（于2011年进入该行星轨道）首次让他们得以一窥这个行星巨大风暴表面之下隐藏的东西。通过这样做，它可以为研究人员提供一个窗口，了解太阳系这个巨型世界内部的运作机制。一项研究使用了朱诺号在近期飞越风暴时获得的引力读数，另一项研究使用了其微波辐射计仪器的微波数据。两项研究均于本周发表在《科学》杂志上。
“我们飞越了大红斑，并成功测量了它的深度，”以色列魏茨曼科学研究所（Weizmann Institute of Science）的大气动力学家、这两项研究的作者之一Yohai Kaspi说。他研究地球和其他行星的大气层。
他说，朱诺号任务最初并没有计划低空飞越木星大红斑。红斑的倡导者不得不说服朱诺号任务团队进行一次专门的飞越，以获取引力数据。事实上，他们进行了两次飞越：一次是在2019年2月，另一次是在五个月后的7月。
Kaspi说，大红斑相对于周围大气层增加的密度造成了“一个小小的质量异常”。这几乎就像风暴的行为方式与一个小行星一样，利用引力比周围空间更能拉动航天器。他说，“如果足够精确”，就可以测量这个异常的拉力来确定风暴的质量。
Kaspi说，航天器有一个指向地球的天线，当它加速时，会在其向地球传输的信号频率中产生微小的多普勒频移。就像听救护车的声音由远及近再远去一样，团队可以使用这种音调变化来计算航天器的运动方式并精确定位其加速度。
Kaspi说：“基本上，大红斑越大、质量越大，我们的航天器感受到的推力就越大。”
微波数据研究能够更深入地了解大红斑的结构。朱诺号的微波仪器有六个不同的频率通道，可以探测木星表面以下数百公里。SETI研究所和加州大学伯克利分校的行星科学家、这两项研究的作者之一Michael H. Wong说，每个频率都能穿透到不同的深度，并描绘出该层面的图景。
微波仪器能够探测不同层的成分和温度，但即使在其最深处的测量能力下，团队仍然看到了构成风暴的锥形气旋——旋涡的迹象，这使得它最终的结束点尚不清楚。
幸运的是，引力数据虽然缺乏大红斑结构的精细细节，但能够测量风暴的密度。引力团队使用模型来确定，在给定的引力信号下，风暴应该延伸到多深。
Wong说：“引力信号可以告诉我们一点关于密度的信息。而微波辐射计可以告诉我们一点关于成分和温度的信息。”
团队认为，风暴的深度约为300公里，误差在100公里左右，绝对最大深度为500公里。相比之下，地球上的天气发生在对流层，其厚度仅约10公里。Wong说，这些新数据与先前研究的预测相差不大，但这是首次进行的具体测量。
Kaspi表示，这项测量之所以令人兴奋，是因为我们正从“探测大红斑”的时代，迈入“理解它为何存在”的时代，回答诸如它为何如此强烈、为何持续这么久等基本问题。
