强大的极光背后是什么在驱动？为什么木星上可以有？答案已明了

木星周围那些“舞动的线”是什么？来听听天文学家们怎么说。

木星上令人惊叹的紫色极光从何而来？和地球上的极光又有什么不同？

这颗巨行星的极光与地球上的极光并没有太大不同。

来自美国国家航天航空局卫星朱诺和钱德拉X射线望远镜的木星极点叠加图像。

上图中左侧为木星北极X射线极光投影（紫色），该投影叠加在一个可视朱诺相机显示的北极图像上。图中右侧是南极对应的图像。

（图片来源：美国国家航空航天局钱德拉/朱诺-沃克/邓恩）

一项新的研究发现，木星极光发出的神秘X射线表明，这颗巨型行星的”北极光”可能与地球上的北极光有着意想不到的相似之处。

极光，以一种闪闪发光的展现方式被人们所熟知，也就是地球上的北极光和南极光。在整个太阳系的一些行星的两极之上可以看到它的身影。当来自太阳或其他天体的高能粒子撞入行星的磁层——由一个星球的磁场控制的区域——并沿着其磁场线流动，与大气层中的分子碰撞时，就会产生这些舞动的光线。

木星的磁场极其强大——大约是地球的2万倍，因此它的磁层范围也非常大。如果在夜空中能看到这个星体的磁层，就会发现它覆盖的区域相当于月球大小的好几倍。因此，木星的极光比地球的极光强大得多，能够释放出数百亿瓦的能量——足够为整个人类世界短暂地供电。

图示：朱诺相机显示的令人惊叹的木星图像。

现如今，木星神秘的X射线极光已经得到了解释，结束了人们40年的探索。第一次，天文学家们看到了木星磁场被压缩的过程，这个过程中粒子被加热并沿着磁场线被传递到木星的大气层，从而引发了X射线极光。这个结论是通过将美国宇航局朱诺相机传回来的现场数据和欧洲航空局的XMM—牛顿太空望远镜的X射线观测到的情况相结合得到的。(图片来源：欧洲航空局/美国航空局/姚/邓恩)

木星的极光还会发出一些不同寻常的X射线耀斑，这些耀斑源自木星的火山卫星木卫二喷出的带电硫和氧离子。仅仅是木星的X射线极光就释放出大约1千兆瓦的能量，大约相当于地球上一个发电站几天的发电量。这些X射线极光经常像钟表一样跳动，有规律的跳动几十分钟甚至几十个小时。

长期以来，这些耀斑活动的具体机制一直是一个谜。“40多年来，我们一直在思考什么东西可能驱动这些壮观的木星X射线极光。”研究项目的共同主笔人姚中华，一名北京地球和行星物理重点实验室的行星科学家说。

为了发现这些耀斑的来源，研究人员利用美国宇航局围绕木星运行的朱诺相机，近距离检查这颗巨行星的磁层。同时，他们让欧洲航天局的XMM—牛顿太空望远镜（绕地球运行）远程分析来自木星的X射线。

科学家们发现，X射线耀斑显然是由木星的磁场线的定期振动所触发的。这些振动产生了行星规模的等离子体波——带电粒子云——使重离子沿着磁场线 “滑行”，直到它们进入行星的大气层，以X射线的形式释放能量。

类似的等离子波有助于在地球上产生极光。因此，尽管木星在各方面都比地球大得多——例如更大的质量和直径、更多的能量、更强的磁场和更快的自转——“似乎造成木星离子极光和地球离子极光的过程是相同的，”该研究的共同主笔人、伦敦大学学院的天体物理学家威廉·邓恩说。“这暗示了空间环境的潜在普遍过程。”

目前尚不清楚为什么木星的磁场线会定期振动。研究人员说，可能与太阳风或木星磁层内的高速等离子体流相互作用有关。

研究人员发现的向木星两极快速飞去的带电粒子似乎没有足够的能量来产生X射线极光，”因此它们需要在途中经历一些额外的过程来获得加速，”姚说。”那些额外的加速过程是什么？”

科学家们表示，木星大气层上方可能存在的巨大电压可能会加速这些带电粒子“以巨大的能量冲向大气层，”邓恩说。“这些可能起到了关键作用。”

未来，姚建议对其他行星进行调查，看看等离子体波是否也能帮助驱动那里的极光。他说，类似的活动可能发生在土星、天王星、海王星和可能的系外行星周围，伴随着不同种类的带电粒子”滑行”。

科学家们在《科学进展》在线杂志上详细介绍了他们的发现。

BY:Charles Q.Choi

FY:若瑜

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