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詹姆斯韦伯望远镜在研究神秘的极光中放大天王星和土星

(2024-03-25 12:51:04)

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杂谈

詹姆斯韦伯望远镜在研究神秘的极光中放大天王星和土星

Robert Lea

2024/3/25

Planets

用詹姆斯·韦伯望远镜的两个项目将观察天王星和土星来发现什么过程使它们滴答的

由哈勃望远镜看到的天王星添加了极光并用红色标记（插图）由詹姆斯韦伯望远镜看到的土星极光。(Image credit: NASA, ESA, CSA, STScI, M. Tiscareno (SETI Institute), M. Hedman (University of Idaho), M. El Moutamid (Cornell University), M. Showalter (SETI Institute), L. Fletcher (University of Leicester), H. Hammel (AURA); image processing by J. DePasquale (STScI))

詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）预定开始来研究太阳系巨星天王星和土星的壮观光秀。

莱斯特大学的两个独立天文学家团队将用价值100亿美元的太空望远镜来研究气态巨星土星和冰冷的冰巨星天王星上的极光。目的将是更详细解释在不同行星上创造这些极光秀的过程。.

将领导天王星研究的莱斯特大学物理与天文学院的亨里克梅林在一份声明中说， “詹姆斯韦伯望远镜已经正在改变我们怎样感知宇宙，从太阳系我们自己的宇宙后院到时间之初形成的第一批星系，我很激动已经被授予在这个非凡的天文台上的时间，这些数据将从根本上形成我们的土星和天王星的理解” 。

因为令人惊叹的北极光和南光极光被地球上的天文爱好者所熟悉，当它们出现时能沿着我们星球的两极被看到。

当来自太阳风的带电粒子撞击我们星球的保护磁场磁层时这些光秀被产生在地球上空。这些粒子沿着磁力线旅行并流到地球后面——但随它们这样做，它们与我们大气层中的粒子相互作用，创造辉光。

当太阳在所谓的日冕物质抛射中炸出大量恒星等离子体时，极光更突出，能被在地球的低纬度上空看到。

尽管以前在其他太阳系行星上极光已经被看到过，而且在任何有一个大气层和磁场的行星周围极光应该是有可能的，但关于这些外星光秀知之甚少。

在这张詹姆斯·韦伯太空望远镜的照片中，距离太阳的第7颗行星天王星出现像被一个白色环包围的闪亮的蓝色球体一样。(Image credit: NASA, ESA, CSA, STScI. Image processing: J. DePasquale (STScI))

目前，关于天王星的极光知之甚少，天王星是一个由水、氨和甲烷组成的冰巨星。

事实上仅去年在三十年的调查后，来自莱斯特大学物理与天文学院的一个研究小组——由博士生艾玛托马斯领导——确认了围绕天王星一个红外极光。

由于过去与一个大致地球大小的天体撞击，天王星被倾斜在97.77度角上。这意味着它的两极被几乎直接朝向和远离太阳定向，它的极光被位于围绕正常对一颗太阳系行星是赤道的。

随梅林和他的同事们用詹姆斯韦伯望远镜观测天王星的极光，天王星是距离太阳第七颗行星，他们将调查之前被发现的天王星极光暗示的某些东西：这颗遥远行星的极光是否为保持它比预期更温暖负责？

托马斯去年说， “包括天王星在内的所有气态巨行星的温度都比模型预测的如果只是被太阳加热高出数百开尔文/摄氏度，这给我们留下了一个这些行星如何比预期更热的大问题，一种理论提示高能极光是这种情况的原因，它产生热并将热量从极光推向磁赤道” 。

一位艺术家的新发现的红外极光叠加在哈勃太空望远镜拍摄的天王星照片上的印象。(Image credit: NASA/ESA/M. Showalter (SETI Institute))

詹姆斯韦伯望远镜对天王星的研究将于2025年初开始；它将在单一一天内为这颗约17个持续围绕地球小时的行星拍摄这颗冰巨星的图像。这应该允许该团队来跨整个旋转过程映射天王星磁场中的极光发射。

科学家们还将目标在来发现是否当天王星磁场与太阳风相互作用时发射被产生，就像地球上发生的那样，或者是否相互作用的带电粒子来自系统内的来源，类似于木星怎样创造它的极光。还有一种可能性是，天王星的极光被作为这些现象组合创造，就像土星的极光似乎被产生的一样。

詹姆斯韦伯望远镜的近红外相机仪器看到的土星。 (Image credit: NASA, ESA, CSA, Matthew Tiscareno (SETI Institute), Matthew Hedman (University of Idaho), Maryame El Moutamid (Cornell University), Mark Showalter (SETI Institute), Leigh Fletcher (University of Leicester), Heidi Hammel (AURA))

由波士顿大学空间物理中心科学家卢克·摩尔领导的詹姆斯韦伯望远镜土星极光项目将在整个10.6小时的土星日内观测这颗气态巨星的北部极光区域。这将允许研究小组来监测这一区域的温度如何随着气态巨星旋转变化。

通过首次揭示土星的大气层极光能量，该团队希望了解更多关于这颗气态巨星大气层中驱动它的极光的带电粒子的来源。

詹姆斯韦伯望远镜的两项巨行星研究都将用强大的太空望远镜的高灵敏度近红外相机（NIRCam）仪器进行。

一旦掌握这些发现，科学家们能更好了解在太阳系中创造极光的过程，尤其是这些机制对地球的角色。也许这些结果能帮助天文学家收集关于围绕系统外行星（系外行星）极光的信息