在天王星上红外极光首次被证实

By Keith Cooper

2023/10/28

   Science & Astronomy

    夏威夷的凯克二号望远镜是第一个来看在天王星上红外辉光的望远镜，红外辉光被大气层中的氢分子变得激发造成。

艺术家的新发现的红外极光叠加在哈勃太空望远镜的一幅天王星照片上的印象。 (Image credit: NASA/ESA/M. Showalter (SETI Institute))

    天文学家用来自夏威夷莫纳克亚山上巨型凯克二号望远镜的存档数据已经首次成功瞥见了天王星的红外极光。

    就像地球上的极光一样，在天王星上的那些当搭乘太阳风的带电粒子与这颗行星的磁场相互作用并沿着磁力线溜向磁极汇集时造成。随它们进入天王星的大气层，带电粒子与大气分子碰撞，造成这些分子来辉光。

    在地球上，极光来自与氧和氮原子碰撞，颜色大多为红色、绿色和蓝色。然而，在天王星上，统治的大气层气体比地球上远更低温度的氢气和氦气。这造成天王星的极光辉光主要在紫外线和红外线波长。

    1986年，美国宇航局的旅行者2号探测器首次见到了在天王星上紫外线极光，该探测器那一年飞过天王星。它花了近40年来探测到它的红外线对应物。

    用来自回到2006年凯克II近红外光谱仪（NIRSPEC）拍摄的数据，由英国莱斯特大学的研究生艾玛·托马斯（Emma Thomas）领导的天文学家识别了H3+分子的发射线。H3+ 是一种包含三个质子和仅两个电子的三氢阳离子，这意味着它带正电。

    天王星发射是分子氢在与带电粒子碰撞后被电离并形成H3+阳离子的结果，发射在北极磁极上空创造一个红外极光。从本质上讲，托马斯的团队看到了天王星的北极光。

凯克II近红外光谱仪的H3+发射的观测表明天王星上有极光活动。 (Image credit: W. M. Keck Observatory/Thomas et al.)

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    托马斯在一份声明中说，“包括天王星在内的所有气态巨行星的温度都比模型预测如果只是被太阳加热的温度高出数百开尔文/摄氏度，这给我们留下这个些行星如何比被预期的更要热的大问题。一种理论提出高能极光是这个的原因，它产生热量并将热从极光向下推向磁赤道”。

    极光可以帮助解决的另一个秘密是为什么天王星（和海王星）的磁场与它们的旋转轴错位如此大的量------在天王星上错位是59度。因为极光追踪出一颗行星的磁场结构，这与大气层的上层（电离层和热层）耦合，进一步的研究可以揭示隐藏的至于这种错位的起源的线索。

    研究结果于10月23日发表在《 Nature Astronomy》上.