科学家说木星上的“外星极光”揭示一种新的等离子体波

By Sharmila Kuthunur published 10 hours ago

Jupiter

结果要归功于环绕木星的朱诺号宇宙飞船。

When you purchase through links on our site, we may earn an affiliate commission. Here’s how it works.

来自美国宇航局朱诺号探测器的数据揭示被来自木星大磁层边缘带电粒子可能触发的微弱极光特征。(Image credit: NASA/SWRI/JPL-Caltech/SwRI/V. Hue/G. R. Gladstone/B. Bonfond)

划过阿拉斯加天空闪烁的北极光在木星上有更狂的表亲——它们是更大、更奇怪，现在被系到一项帮助科学家更好了解太空天气的发现。

按照明尼苏达大学双城分校的研究团队主导的一项研究，在我们的太阳系的最大行星上的这些“外星极光”已经揭示了一种此前未知的等离子体波类型。这一发现可能帮助科学家更好理解其他星球上的极光以及磁场如何屏蔽行星免受来自它们的恒星的辐射。

当带电粒子流被一颗行星的磁场引导撞进一颗行星的大气层时极光形成。在地球上，结果是跨夜空在绿蓝丝带中可见的多彩的北极光与南极光。然而木星的极光是远更强大的，不用探测紫外线或红外光仪器它们对我们也是不可见的。

关于木星的极光的最新发现要归功于自2016年起一直换绕行木星的美国宇航局朱诺号探测器。该探测器沿着一个在行星两极上的长的环形轨道，一个被设计来最少化探测器的暴露到木星的强烈辐射带同时仍然允许它的仪器来捕捉详细的测量。这包含波仪器，能“监听”被等离子体带电粒子随它们与木星磁场相互作用产生的电磁信号。

明尼苏达大学物理和天文学助理教授、该研究的联合负责人阿里·苏莱曼在一份声明中说，“詹姆斯·韦伯太空望远镜已经给了我们一些极光的红外图像，但朱诺号是第一个环绕木星在一个极轨道中的航天器”。

按照声明，等离子体往往叫物质的第四态，当原子是如此高能量以致它们分解成一个电子和离子的汤时形成。这种带电物质像一个流体一样流动，但对磁场也强烈反应。围绕木星——这是太阳系中最磁化的行星——等离子体以不能在地球上被发现的方式行为。

被詹姆斯·韦伯太空望远镜于2023年拍摄的木星极光。 (Image credit: NASA, ESA, CSA, Jonathan Nichols (University of Leicester), Mahdi Zamani (ESA/Webb))

通过研究朱诺号探测器的测量数据，苏莱曼和他的团队发现了在木星极地环境中的等离子体密度是如此低，而磁场是如此强大，意味着波以异常的低频振动。新研究报告，这创造一种全新类型的波——一种初始像熟悉的阿尔文波一样但在木星极端条件下过渡成一个所谓的的“朗缪尔模式”。

该研究的共同主要作者、明尼苏达大学物理和天文学教授罗伯特·莱萨克在同一份声明中说，“虽然等离子体能像流体一样行为，但它也被自身磁场和外部磁场影响”。

研究团队还发现木星的磁场与地球做的不一样的引导带电粒子。在地球上，极光典型的围绕两极形成环形带。但在木星上，粒子被直接溜进极冠，产生出更加集中和混乱的极光。

虽然在地球上不存在这样的条件，但科学家相信它们可能在我们太阳系的外行星上甚至在环绕其他恒星的大型系外行星上是普遍的。研究提示类似的等离子体波也可能存在在强磁化的恒星本身上。

该团队计划随朱诺号探测器环绕木星持续分析朱诺号的数据。每次飞掠都可能揭示更多关于等离子体在极端环境下如何行为的线索，进而揭示行星包括我们自己的免受来自它们的恒星的恒定的辐射流呆着。

这项研究被描述在7月16日发表在《物理评论快报》上的一篇论文中。