从哈勃太空望远镜和朱诺号宇宙飞船联合观测证据，看木星极光与低频波动的相关性

木星拥有太阳系中最强的极光活动，其绚丽发光现象背后对应着丰富的太空中等离子体过程，并且不同位置的极光可以反应行星在太空中不同区域的物理过程。

目前主流的木星极光产生机制是1979年由布尔（Hill）提出来的「共转破坏」驱动机制。 该观点认为，木星旋转只能够带动靠近行星区域的磁层共转，而距离较远的磁层区域则难以维持共转，从而在磁层中形成等离子体的剪切流，驱动环状粒子沉降 以形成极区主极光带。 在此后很长的时间里，「共转破坏」驱动机制认为是标准的巨行星磁层电离层耦合驱动机制，随后基于该理论发展出多个极光电流模型。

随着观测数据的增多，研究人员发现越来越多与模型预测不同的观测事实，对传统极光电流模型提出重大的挑战。 天文学家首次使用美国朱诺号（Juno）太空船在磁层内连续数天的观测配合同时的哈勃太空望远镜观测，提出类似于地球磁层的磁能「装卸载」过程也存在于木星，可以 用于解释极光的亮度变化，这一机制与「共转破坏」诱发驱动机制是相互独立的过程。 而其它驱动机制，例如：波动，也提出用于解释木星极光的产生。 到目前为止，由于缺少充分的木星极光和磁层联合观测观测，关于木星极光的产生机制之争是木星磁层领域的研究焦点。

在地球上，丰富的观测数据清晰地显示了阿尔文波（Alfvén wave）在极光驱动方面的重要作用，并逐渐改变学界对木星极光驱动过程的认识。 在木星上，有理论研究曾提出阿尔芬波在驱动木星极光方面的重要意义。 此后，格甚曼（Gershman）团队使用朱诺号观测数据研究阿尔文波扰动和极光的关系，他们发现，在朱诺号飞掠极光区域的时候，可以看到阿尔文波扰动的增强。 但他们的研究没有涉及直接的极光观测资料，因此只能证明该区域存在阿尔文波而不能提供阿尔文波与极光辐射强度的关联。
中国科学院地质与地球物理研究所博士后潘东晓与尧中华副研究员、魏勇研究员，以及比利时列日大学（University of Liege）太空中心主任丹尼斯·格罗登（Denis Grodent）教授和伯全·邦分（Bertrand Bonfond）研究员等人，设计并利用哈勃太空望远镜对木星极光的观测数据，配合朱诺号在木星磁层中的磁场探测数据，直接从这两方面的观测出发，研究木星极光与阿尔文波动的
关联。

在木星上，阿尔文波动的周期一般在几十分钟，因此该工作选择周期在1至60分钟的低频阿尔文波扰动进行研究。 研究结果显示，极光辐射强的事件对应的波动强度越强，二者有很好的相关性（上图）。 这个结果从统计的角度首次直接证实了阿尔文波与木星极光的关联，为阿尔文波驱动木星极光这一理论提供了重要的观测证据。

【图、文：节录自中国科学院地质与地球物理研究所2021年6月21日新闻公布;新闻资讯由林景明提供】研究全文刊登在2021年2月1日出版的《地球物理学睇究快报》

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