太空科学家揭开木星大气加热的背后原因

英国莱斯特大学（University of Leicester）的太空科学家与来自日本宇宙航空研究开发机构、美国波士顿大学、美国航天局戈达德太空飞行中心和日本国立研究开发法人情报通信研究机构的同事合作，揭开木星大气加热背后的机制。

现在，天文学家利用夏威夷凯克天文台（Keck Observatory）的数据绘制这颗气态巨大行星高层大气的最详细的整体地图，首次证实木星强大的极光负责提供木星整个大气范围的热量。在制作木星非常详细的温度图时，发现极光内的温度开始非常高，正如之前的工作所预期的那样，现在我们可以观察到木星的极光，尽管它占不到一成的木星面积，但是似乎正在加热整个木星的大气层。

我们太阳系内每颗巨大行星顶部的稀薄大气层中，一直存在着一个谜团，在过去的五十年里，随着每次木星探测任务以及地面观测，我们一直在测量赤道温度太热。 这个问题是否未能正确模拟极光的热量流动方式，或者赤道附近是否存在其他未知的热源？
研究发现，在木星赤道加热与极光加热直接相关。 当带电粒子由木星磁场捕获时，就会出现极光。 它们沿着磁场线向木星的磁极盘旋，撞击大气中的原子和分子以释放光和能量。

在地球上，这导致形成北极光和南极光。 在木星，从拥有活火山的木卫一（Io）喷出的物质导致太阳系中最强大的极光和极地区域的巨大热量。

尽管木星极光长期以来一直是加热这颗行星大气层的主要候选者，但此前的观测一直无法证实或否认这一点。 以前的高层大气温度图是使用仅由几个像素组成的图像形成的。 这不足以了解木星上温度如何变化，因此几乎没有提供额外热量来源的线索。

研究人员建立五张不同分辨率的大气温度分布图，其中最高分辨率的温度分布图显示两度乘两度的经、纬度正方形平均温度测量
值。 该团队搜索了一万多个单独的数据点，绘制了不确定性低于5%的分布点。气态巨行星的大气模型显示它们像一个巨大的冰箱一样工作，热能从赤道向极地吸收，并沉积在这些极地地区的低层大气中。

新发现显示，快速变化的极光可能会推动能量波对抗这种极地流动，从而使热量到达赤道。

观测还显示了亚极光区域的局部加热区域，可以解释为向赤道传播的有限热波，这可以解释为驱动热传递过程的证据。莱斯特大学的行星研究跨越木星系统的范围，从行星的磁层和大气层，到它的多样化卫星结构。

【图：日本宇宙航空研究开发机构/美国太空总署;文：节译自英国莱斯特大学2021年8月4日新闻公布】 研究全文刊登在2021年8月4日出版的《自然》期刊 标题是：Global upper-atmospheric heating on Jupiter by the polar aurorae

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