在過去 50 年來，研究學者一致認為已對太陽系最大行星木星的大小與形狀相當了解。然而，近日發表於《Nature Astronomy》的最新研究結果顯示，這個認知可能需要修改。此研究由以色列魏茲曼科學研究院（Weizmann Institute of Science）領導，並與來自義大利、美國、法國與瑞士的國際團隊合作，透過新的觀測資料與分析技術，提出截至目前為止描繪木星大小與形狀最精確的測量結果，此結果重新修正了科學界對於木星尺寸與形狀的既有了解。
木星是太陽系中自轉速度最快的行星，具有明顯赤道隆起（equatorial bulge），其赤道半徑比極半徑大約 7%。這種扁球體形狀來自快速自轉、複雜內部結構以及大氣風系共同作用的結果。
魏茲曼科學研究院地球與行星科學系的 Yohai Kaspi 教授表示：只要知道與木星之間的距離並觀察它如何自轉，就能推算出它的大小與形狀。但若要進行精確測量，需要利用更複雜的方法。
Kaspi 團隊負責此研究的 Eli Galanti 博士解釋道：「截至目前為止，人們對木星形狀的理解，皆是根據將近五十年前美國太空總署 NASA 的 Voyager 與 Pioneer 任務得到的六次測量結果推估而來，但並未考量木星強烈風系影響。當時太空船朝向地球發送無線電訊號，隨後研究人員根據這些資料來推估木星形狀。上述任務奠定了對於木星形狀的基礎了解，但現在機會難得，讓我們得以分析 NASA Juno 太空船任務所取得的多達 26 次新測量資料。」
2011 年發射的Juno 太空船從 2016 年開始繞行木星運行，持續向 NASA 傳回大量原始資料。2021 年 NASA 擴展任務，使得這艘太空船能更深入研究木星及其衛星，這條新延伸軌道讓太空船得以從地球視角看起來像是經過木星背後，具備在先前軌道中不同特性。
美國國西南研究院（Southwest Research Institute）的 Juno 任務首席研究員 Scott J. Bolton 博士表示：「當太空船從木星背後經過時，為我們帶來新研究視角。當太空船被行星遮蔽時，它的無線電通訊訊號會被木星大氣阻擋並產生彎折。讓我們能夠精確測量木星的大小。」
Kaspi 團隊的博士生 Maria Smirnova 表示：「我們追蹤無線電訊號穿越木星大氣時的彎曲情形，並將這些資訊轉換為木星溫度與密度的詳細圖譜，進而得到至今最清晰的木星大小與形狀圖像。」
NASA 的 Juno 太空船近期取得的大量高精度無線電掩星測量資料，得以讓研究團隊將帶狀風（zonal winds）的影響納入計算，使木星形狀的測量不確定度降低一級。在一大氣壓壓力層高度情況下，研究團隊得到的結果為：極半徑66,842 ± 0.4 公里、赤道半徑71,488 ± 0.4 公里以及平均半徑69,886 ± 0.4 公里。對比歷史估算資料，分別小 了12 公里、4 公里與 8 公里。因此，根據新研究結果顯示，木星比先前估計的略小，在赤道方向約縮小 8 公里，在兩極方向比預期更扁平 24 公里。也代表著木星比先前估算的結果更加扁平。
Kaspi 表示：「我們需要更新教科書內容了。當然，木星本身大小並沒有改變太多，但我們測量它的方法改變了。」
Galanti 解釋：「這幾公里的差異其實很重要。只要半徑稍微改變，我們就能建立更符合重力資料與大氣觀測資料的木星內部模型。」
Kaspi 團隊的另一名博士生 Maayan Ziv 也對此假設進行測試後表示：「我們利用最先進木星內部密度結構模型，證明經修正後的形狀有助於縮小模型與實際觀測之間的差距。」
研究結果顯示，在可見雲頂上的風系呈現正壓（barotropic）特性，也就是垂直方向上的變化極小。更新後的木星形狀對於內部結構模型建模具重要意義，結果顯示木星大氣層有著金屬含量較高且溫度較低的情況，並有助於調整理論模型、Galileo 探測器測量資料與 Voyager 推算溫度之間差異。Kaspi 也指出，早期測量結果並未將木星強烈風現象納入考量進行計算。藉由加入極端風系因素進行模型計算，魏茲曼研究院團隊解決了過去測量結果中長期存在的差異問題。
Kaspi 說：「我們很難直接觀察木星雲層下發生哪些事件，但無線電資料讓我們得以窺見木星帶狀風與強大颶風延伸深度。」
團隊利用 Juno 針對木星極地巨大氣旋運動的測量資料來預測這些氣旋深入木星內部深度，近日已被 Juno 太空船得到的微波測量結果所證實。此外，修正後的半徑剖面也能提升與壓力相關測量的空間定位精準度，提供木星大氣動力學更精確參考資訊。
Kaspi 表示：「這項研究能夠幫助我們理解行星是如何形成與演化。木星很可能是太陽系中最早形成的行星，藉由研究木星內部發生的情況，能讓我們更接近理解太陽系以及像地球這樣的行星是如何形成。」
展望未來，此研究所開發的技術也將用於分析歐洲太空總署 2023 年發射的 JUICE 無人太空船資料，該任務中也搭載了由以色列魏茲曼研究院所設計的儀器，期望能讓科學家更深入觀察木星大氣層。
資料來源：https://wis-wander.weizmann.ac.il/space-physics/giant-planet%E2%80%99s-slimmer-profile
原論文：https://doi.org/10.1038/s41550-026-02777-x
