科学家们新研究发现极光造成了木星的“能源危机”

科学家们认为，极光可能是木星上神秘加热背后的原因（图片来源： J. O"Donoghue (JAXA)/Hubble/NASA/ESA/A. Simon/J. Schmidt）

新的观测表明，困扰了天文学家50年的木星神秘的“能源危机”可能是由极光造成的。

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尽管距离太阳非常远，这颗太阳系中最大的行星仍因其不同寻常的热量为我们所熟知。木星远在在五个天文单位之外，或者说在五个地日距离（AU）之外（1 AU有几百万英里（1.5亿公里））

到达这里的太阳光非常少，按道理木星的上层大气应该会非常寒冷。根据NASA的一份声明，科学家推测木星的大气温度大概是-100华氏度（-73摄氏度）。然而，实际上木星上层大气的平均值是灼热的800华氏度（426摄氏度）——几乎和地狱般的行星，金星的表面温度一样高。

图片：NASA的朱诺号计划

数十年来，科学家们都在争论是什么造成了木星上所谓的“能源危机”。而现在有新的研究发现行星强烈的极光在强磁场的推动下，导致了行星气温飙升。

极光在太阳系是很常见的现象，它发生在那些有着大量磁场的行星上，例如地球和木星。（火星和金星也有它们自己的极光，但由于那些地区的磁场环境不稳定，这些光在那些行星上的作用也不一样）

在像木星和地球这样拥有强磁场的地方，当带电粒子被磁场捕获并螺旋下落至两极时就会产生极光。在前往两极的路上，这些粒子撞击大气中的原子和分子并产生光。

木星的极光加热理论部分来自于NASA朱诺号的最新观测数据。目前朱诺号正进出强烈的辐射场以近距离研究木星。朱诺号距离木星很近，这得以让科学家以前所未有的细节追踪行星的大气加热过程。

该研究的主要作者James O"Donoghue在凯克天文台的一份声明中这样说到：“用沙滩打个比方：如果把热大气层比作水，那么朱诺号绘制的磁场就是海岸线，而极光就是海洋。我们发现水离开海洋，淹没了陆地，而朱诺号则帮助我们揭示出海岸线在何处，从而了解淹没的程度。”

研究团队使用了朱诺号以及宇宙航空研究开发机构(JAXA)开发的行星光谱观测卫星Hisaki卫星的观测数据。这两颗卫星都对木星的磁场进行了追踪。他们也使用了Keck II 望远镜的数据，该望远镜提供了高分辨率的温度图。这些综合观测让科学家们观察到极光向木星赤道射出的热脉冲。Hisaki卫星从2013年至今的长期观测也说明了太阳风的重要性——源自太阳的持续粒子流——带来了它自己的磁场并很可能加强了观察到的极光。

JAXA的行星空间科学家O"Donoghue说：“非常幸运我们能够捕捉到这个潜在的散热事件。如果我们是在太阳风压不高的晚上观察木星的话，很可能就会错过它。”

Keck望远镜使用近红外光谱仪，在两个观测期——2016年4月和2017年1月——从带电氢分子从地球两极移动到赤道的过程中对木星的热量进行了追踪调查。Keck II望远镜也通过采取更多的温度测量来提高它的分辨率，并且只包括那些具有高度确定的值。这项工作花费了很多年时间，但最终描绘出一幅含多达10000个独立数据点的温度图，极大地改善了过去在分辨率上的成果。

然而，高分辨率地图也显示出另一个尚未解决的温度之谜。

在Keck的声明中，来自莱斯特大学以及论文的联合作者Tom Stallard说道，“我们还发现了一个奇怪的、远离极光的局部加热区域——一个我们从未见过的长条形区域”。

木星的磁场比地球要强的多。近木火山卫星IO通过火山喷发向木星输送出许多物质，许多粒子进入了木星的大气层。木星的巨大体积以及剧烈的风暴也为极光有限的热量如何在行星上循环起到了作用。

尽管极光加热效应不是一个新的理论，但是科学家们直到现在才能够证明这一假设。

先前，检验木星上层大气的模型推测任何极光风都不会吹向赤道。相反，该理论认为极光风会因为木星快速的自转而被推向西边。木星自转一圈只要10个小时，并且因为木星是气态巨星，不同纬度自转时间会有细小的变化。新的观测数据否认了之前的想法并表明向西的极光风可能比赤道风要弱，而后者带走了极光的热量

BY: Elizabeth Howell

FY: TMON

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