为了研究木星上的大气环流，研究人员观察了木星上层对流层附近的氢。在这样做的过程中，他们注意到木星的四个卫星——伽利略卫星——已经进入了他们的视野，他们也能够捕捉到这四个卫星的次表层温度变化。研究结果发表在《行星科学杂志》最近发表的一篇描述观测结果的论文上。
在2018年8月和2019年7月的飞行中，行星科学家使用美国宇航局和德国航天局在DLR的一个联合项目——平流层红外天文观测站(SOFIA)来研究木星上的大气。为了做到这一点，他们研究了氢气。
氢分子(H2)可以以两种不同的方式排列，称为副氢和正氢。这两个方向具有不同的能量，所以确定对氢和正氢的比例可以告诉天文学家总体温度。
研究人员研究了木星主云层上方高度的副氢和正氢的浓度。他们发现，在赤道附近，温暖的气体正在上升到大气中。然而，在北极和南极，相反的情况发生了:寒冷的气体从更高、更冷的大气层向下流动。
该论文的第一作者伊姆克·德·佩特(Imke de Pater)说:“这给人一种总体循环的感觉:在赤道上升，在两极附近下沉。”
2014年，索菲亚号和1979年，美国宇航局的旅行者1号和2号分别通过氢的透镜对木星的大气层进行了研究，但只在木星北部的夏季进行了研究。目前的观测是首次在木星北部的冬季进行的，大约比2014年SOFIA研究晚了半个木星年。这一对比说明了木星的两极是如何随着季节而变化的，表明无论一年中的什么时候，木星的极北都比极南更冷。
众所周知，木星的南北半球具有不对称的气溶胶分布，所以两极之间的温度不平衡很可能是其不对称的结果。
在研究木星的过程中，de Pater和她的同事们还看到了另外四个进入SOFIA视野和收集到的数据的物体:木星的四个最大的卫星，统称为它的伽利略卫星——木卫一、木卫二、木卫三和木卫四。
德佩特说:“我们惊讶地发现，我们实际上捕获了所有四颗卫星，并可以确定它们的亮度温度。”
多亏了这个惊喜，研究小组可以清楚地看到卫星的温度是如何随着其地下层的深度而下降的。这些温度变化最终可以用来确定卫星内部的成分、密度和其他特性。
这些卫星都有独特的特征——从木卫二上的水冰，到古木卫四上的沉重陨石坑，再到木卫一上的极端火山活动——这使得它们的物质组成特别值得研究。
木星和它的卫星太亮了，詹姆斯·韦伯太空望远镜上的长波长通道无法观察到，因为它们会使仪器饱和，而且由于地球大气层阻挡了大量中红外辐射，从地面上无法测量它们。因此，SOFIA独特的中红外通道使这些测量成为可能，并提供了有关木星及其卫星的关键信息。
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