研究人员使用夏威夷莫纳凯亚双子座北望远镜的“幸运成像”技术，收集了一些有史以来从地面获得的最高分辨率的木星图像。这些图像是与哈勃太空望远镜为支持NASA的朱诺任务而进行的多年联合观测计划的一部分。双子座的图像，当与哈勃和朱诺的观测相结合时，揭示了闪电，以及一些造成闪电的最大的风暴系统，是在水、冰和液体的深层云上的大型对流单体及其周围形成的。新的观测还证实，著名的大红斑中的暗点实际上是云层中的缝隙，而不是由于云层颜色的变化。
利用美国国家科学基金会NOIRLab的一个项目--国际双子座天文台进行了长达三年的成像观测，深入探测了木星的云顶。超清晰的双子座红外图像补充了哈勃望远镜的光学和紫外线观测，以及朱诺号航天器的无线电观测，以揭示这颗巨大行星的新秘密。
加州大学伯克利分校的迈克尔·王(Michael Wong)是该研究小组的负责人，他说：“双子座的数据非常关键，因为它们让我们可以定期深入探测木星的云层。”“我们使用了一种非常强大的技术，叫做幸运成像，”王补充道。通过幸运成像，可以获得大量非常短的曝光图像，并且只使用地球大气短暂稳定时最清晰的图像。在这种情况下，结果是从地面上获得的一些最清晰的木星红外图像(4.7m.7μm)。据王先生说，“这些照片可以与从太空中看到的景色相媲美。”
双子座北部的近红外成像仪(NIRI)允许天文学家深入观察木星强大的风暴，因为较长波长的红外光可以穿过薄薄的薄雾，但会被木星大气中较厚的云层遮蔽。这在图像中创造了一种类似“南瓜灯”的效果，木星大气层温暖的深层透过这颗行星厚厚的云层的缝隙发光。
在过去的三年里，双子座和哈勃对木星进行的详细的、多波长的成像被证明对于将朱诺轨道飞行器的观测联系起来，以及理解木星的风型、大气波和气旋至关重要。这两个望远镜与朱诺一起，可以观察木星的大气层，作为风、气体、热量和天气现象的系统，提供覆盖和洞察力，就像气象学家用来观测地球的气象卫星网络一样。
在木星云层上方的每一次近距离飞行中，“朱诺号”都探测到了由强大的闪电产生的无线电信号，这些电信号被称为SFRICS(大气的缩写)和哨声(之所以被称为哨声，是因为它们在无线电接收器上会产生类似哨声的音调)。只要有可能，双子座和哈勃就会把重点放在木星上，并获得这颗巨大行星的高分辨率、广域地图，以增强朱诺的观测。
朱诺的仪器可以确定蜂鸣器和哨声信号簇的纬度和经度坐标。利用双子座和哈勃在多个波长的图像，研究人员现在可以探测这些位置的云层结构。通过结合这三条信息，研究小组发现，闪电和一些造成雷击的最大风暴系统是在水、冰和液体的深层云上的大型对流单体及其周围形成的。
“科学家追踪闪电是因为它是对流的标志，对流是将木星内部的热量输送到可见云顶的湍流混合过程，”王解释说。朱诺看到的最大的闪电集中来自一场被称为“丝状气旋”的漩涡风暴。来自双子座和哈勃的图像显示了气旋的细节，揭示了它是一组扭曲的高大对流云，有很深的缝隙，让人得以瞥见远处的水云。
“正在进行的对闪电来源的研究将帮助我们了解木星上的对流与地球大气中的对流有何不同或相似之处，”王评论说。
在扫描这颗气体巨星寻找云层的缝隙时，双子座在大红斑中发现了一种具有说服力的光芒，这表明向下可以清晰地看到更深、更温暖的大气层。
喷气推进实验室的团队成员格伦·奥顿(Glenn Orton)说：“大红斑以前也有过类似的特征，但可见光观测无法区分较暗的云层物质和较薄的云层覆盖在木星温暖的内部，因此它们的性质仍然是一个谜。”
现在，有了来自双子座的数据，这个谜团就解开了。来自哈勃望远镜的可见光图像显示大红斑中有一个黑暗的半圆形，而双子座使用红外线拍摄的图像显示出一条明亮的弧线照亮了该地区。这种来自木星内部热量的红外线光芒可能会被较厚的云层阻挡，但可以不受遮挡地穿过木星朦胧的大气层。通过将这些特征视为明亮的红外热点，双子座证实了它们是云层中的缝隙。
“双子座北的NIRI是美国和国际双子座伙伴关系调查人员在这个波长获得木星详细地图的最有效的方式，”王解释说。双子座在木星上实现了500公里(300英里)的分辨率。领导这次观测的双子座天文学家安德鲁·斯蒂芬斯(Andrew Stephens)说，“在这个分辨率下，望远镜可以分辨出迈阿密一辆车的两个前灯，从纽约市可以看到。”
美国国家科学基金会(National Science Foundation)的天文学项目主任马丁·斯蒂尔(Martin Sist)说：“这些协调一致的观测再次证明，双子座望远镜的能力与免费的地面和天基设施相结合，使开创性天文学成为可能。”国家科学基金会是双子座在美国的资助机构。国际双子座伙伴关系提供了一个强大的组合，包括大望远镜的收集区、灵活的日程安排和广泛的可互换仪器选择。“。
[1]这相当于双子座红外“幸运成像”观测的角度分辨率降至0.13角秒。
研究结果发表在2020年4月的“天体物理杂志增刊系列”上。
由于它们对正在进行和未来的研究具有价值，王正在通过马里兰州巴尔的摩空间望远镜科学研究所的米库尔斯基太空望远镜档案馆(MAST)将处理后的双子座和哈勃数据提供给其他研究人员。
出版团队由以下人员组成：Michael H.Wong(加州大学伯克利分校)，Amy A.Simon(NASA戈达德太空飞行中心)，Joshua W.Tollefson和Imke de Pater(加州大学伯克利分校)，Megan N.Barnett(芝加哥大学)，Andrew I.Hsu(加州大学伯克利分校)，Andrew W.Stephens(北双子座天文台)，Glenn S.Orton(加州理工学院喷气推进实验室)，戈登·L·比约拉克(美国宇航局戈达德空间飞行中心)、Sushil K.Atreya(密歇根大学)、Alberto Adriani(Istituto Di Astrofaica E Planetologia Spaziali)和Leigh N.Fletcher(莱斯特大学)。
图1。双子座幸运成像观测到的木星。这张显示木星整个圆盘的红外光(4.7m.7μm)的图像是由国际双子座天文台于2019年5月29日观察到的9个不同点的马赛克拼接而成的，国际双子座天文台是美国国家科学基金会NOIRLab的一个项目。研究小组从每个点拍摄的38张照片中选出了最清晰的10%，将它们组合在一起，拍摄出木星九分之一的圆盘的图像，这套幸运的成像集在每个点上都有38张照片，研究小组从中选出了最清晰的10%。然后，将这九个点的堆叠曝光组合在一起，形成了一个清晰的全球视野。尽管双子座只需要几秒钟就能在幸运的成像组中创建每一张图像，但在一组中完成所有38次曝光可能需要几分钟-足够长的时间让特征在磁盘上明显旋转。为了比较和组合这些图像，它们首先被映射到它们在木星上的实际纬度和经度，使用圆盘的肢体或边缘作为参考。一旦马赛克被汇编成一个完整的圆盘，最终的图像就是一些有史以来从地面拍摄的最高分辨率的木星红外视图。致谢：国际双子座天文台/NOIRLab/NSF/Aura M.H.Wong(加州大学伯克利分校)和团队致谢：Mahdi Zamani。
图2.锐化/不锐化幸运成像。这些木星图像是2019年4月8日利用美国国家科学基金会NOIRLab的一个项目--国际双子座天文台在红外光(4.7μm)下拍摄的。因为望远镜必须通过地球大气层观察，空气中的任何扰动，如风或温度变化，都会扭曲和模糊图像(左)。这极大地限制了望远镜在只拍摄一张图像时对目标所能达到的分辨率。然而，在一晚幸运的成像观测中，望远镜对目标进行了数百次曝光。有些会模糊不清，但很多照片会在太空静止且没有干扰的情况下拍摄(右)。在这些幸运的图像中，关于木星的更小、更复杂的细节被揭示出来。研究小组找到了这些曝光中最清晰的，并将它们汇编成整个磁盘的马赛克。致谢：国际双子座天文台/NOIRLab/NSF/AURA，M.H.Wong(加州大学伯克利分校)和团队致谢：Mahdi Zamani。
图3.云结构插图。这幅关于木星大气层中的闪电、对流塔(雷头)、深水云和净空的图解是基于朱诺号宇宙飞船、哈勃太空望远镜和国际双子座天文台(NSF的NOIRLab项目)收集的数据。朱诺探测闪电放电产生的无线电信号。由于无线电波可以穿透木星的所有云层，朱诺能够探测到深层云层中的闪电以及地球白天一侧的闪电。哈勃探测到从木星大气层的云层反射出来的阳光。不同的波长穿透到云中的不同深度，使研究人员能够确定云顶的相对高度。双子座绘制了冷云的厚度图，这些云层阻挡了来自云下较暖大气层的热红外光。厚厚的云层在红外地图上看起来很暗，而空地则看起来很亮。观测的组合可以用来绘制三维的云结构图，并推断大气环流的细节。在潮湿空气上升的地方形成厚厚的高耸云(上升流和活跃的对流)。空地形成于较干燥的空气下沉(下流)的地方。图中的云层比地球相对较浅的大气层中的类似对流塔高5倍。图中所示区域的水平跨度比美国大陆大三分之一。出处：NASA，ESA，M.H.Wong(加州大学伯克利分校)，A.James and M.W.Carruthers(STSCI)。
图4.光学/紫外哈勃和红外双子星的比较。这些木星大红斑的图像