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科學家們新研究發(fā)現(xiàn)極光造成了木星的“能源危機”

科學家們認為，極光可能是木星上神秘加熱背后的原因（圖片來源： J. O'Donoghue (JAXA)/Hubble/NASA/ESA/A. Simon/J. Schmidt）

新的觀測表明，困擾了天文學家50年的木星神秘的“能源危機”可能是由極光造成的。

盡管距離太陽非常遠，這顆太陽系中最大的行星仍因其不同尋常的熱量為我們所熟知。木星遠在在五個天文單位之外，或者說在五個地日距離（AU）之外（1 AU有幾百萬英里（1.5億公里））

到達這里的太陽光非常少，按道理木星的上層大氣應該會非常寒冷。根據(jù)NASA的一份聲明，科學家推測木星的大氣溫度大概是-100華氏度（-73攝氏度）。然而，實際上木星上層大氣的平均值是灼熱的800華氏度（426攝氏度）——幾乎和地獄般的行星，金星的表面溫度一樣高。

圖片：NASA的朱諾號計劃

數(shù)十年來，科學家們都在爭論是什么造成了木星上所謂的“能源危機”。而現(xiàn)在有新的研究發(fā)現(xiàn)行星強烈的極光在強磁場的推動下，導致了行星氣溫飆升。

極光在太陽系是很常見的現(xiàn)象，它發(fā)生在那些有著大量磁場的行星上，例如地球和木星。（火星和金星也有它們自己的極光，但由于那些地區(qū)的磁場環(huán)境不穩(wěn)定，這些光在那些行星上的作用也不一樣）

在像木星和地球這樣擁有強磁場的地方，當帶電粒子被磁場捕獲并螺旋下落至兩極時就會產(chǎn)生極光。在前往兩極的路上，這些粒子撞擊大氣中的原子和分子并產(chǎn)生光。

木星的極光加熱理論部分來自于NASA朱諾號的最新觀測數(shù)據(jù)。目前朱諾號正進出強烈的輻射場以近距離研究木星。朱諾號距離木星很近，這得以讓科學家以前所未有的細節(jié)追蹤行星的大氣加熱過程。

該研究的主要作者James O'Donoghue在凱克天文臺的一份聲明中這樣說到：“用沙灘打個比方：如果把熱大氣層比作水，那么朱諾號繪制的磁場就是海岸線，而極光就是海洋。我們發(fā)現(xiàn)水離開海洋，淹沒了陸地，而朱諾號則幫助我們揭示出海岸線在何處，從而了解淹沒的程度?！?/p>

研究團隊使用了朱諾號以及宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)(JAXA)開發(fā)的行星光譜觀測衛(wèi)星Hisaki衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)。這兩顆衛(wèi)星都對木星的磁場進行了追蹤。他們也使用了Keck II 望遠鏡的數(shù)據(jù)，該望遠鏡提供了高分辨率的溫度圖。這些綜合觀測讓科學家們觀察到極光向木星赤道射出的熱脈沖。Hisaki衛(wèi)星從2013年至今的長期觀測也說明了太陽風的重要性——源自太陽的持續(xù)粒子流——帶來了它自己的磁場并很可能加強了觀察到的極光。

JAXA的行星空間科學家O'Donoghue說：“非常幸運我們能夠捕捉到這個潛在的散熱事件。如果我們是在太陽風壓不高的晚上觀察木星的話，很可能就會錯過它?！?/p>

Keck望遠鏡使用近紅外光譜儀，在兩個觀測期——2016年4月和2017年1月——從帶電氫分子從地球兩極移動到赤道的過程中對木星的熱量進行了追蹤調(diào)查。Keck II望遠鏡也通過采取更多的溫度測量來提高它的分辨率，并且只包括那些具有高度確定的值。這項工作花費了很多年時間，但最終描繪出一幅含多達10000個獨立數(shù)據(jù)點的溫度圖，極大地改善了過去在分辨率上的成果。

然而，高分辨率地圖也顯示出另一個尚未解決的溫度之謎。

在Keck的聲明中，來自萊斯特大學以及論文的聯(lián)合作者Tom Stallard說道，“我們還發(fā)現(xiàn)了一個奇怪的、遠離極光的局部加熱區(qū)域——一個我們從未見過的長條形區(qū)域”。

木星的磁場比地球要強的多。近木火山衛(wèi)星IO通過火山噴發(fā)向木星輸送出許多物質(zhì)，許多粒子進入了木星的大氣層。木星的巨大體積以及劇烈的風暴也為極光有限的熱量如何在行星上循環(huán)起到了作用。

盡管極光加熱效應不是一個新的理論，但是科學家們直到現(xiàn)在才能夠證明這一假設。

先前，檢驗木星上層大氣的模型推測任何極光風都不會吹向赤道。相反，該理論認為極光風會因為木星快速的自轉(zhuǎn)而被推向西邊。木星自轉(zhuǎn)一圈只要10個小時，并且因為木星是氣態(tài)巨星，不同緯度自轉(zhuǎn)時間會有細小的變化。新的觀測數(shù)據(jù)否認了之前的想法并表明向西的極光風可能比赤道風要弱，而后者帶走了極光的熱量

BY: Elizabeth Howell

FY: TMON

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