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科學(xué)家們新研究發(fā)現(xiàn)極光造成了木星的“能源危機(jī)”

科學(xué)家們認(rèn)為，極光可能是木星上神秘加熱背后的原因（圖片來(lái)源： J. O'Donoghue (JAXA)/Hubble/NASA/ESA/A. Simon/J. Schmidt）

新的觀測(cè)表明，困擾了天文學(xué)家50年的木星神秘的“能源危機(jī)”可能是由極光造成的。

盡管距離太陽(yáng)非常遠(yuǎn)，這顆太陽(yáng)系中最大的行星仍因其不同尋常的熱量為我們所熟知。木星遠(yuǎn)在在五個(gè)天文單位之外，或者說(shuō)在五個(gè)地日距離（AU）之外（1 AU有幾百萬(wàn)英里（1.5億公里））

到達(dá)這里的太陽(yáng)光非常少，按道理木星的上層大氣應(yīng)該會(huì)非常寒冷。根據(jù)NASA的一份聲明，科學(xué)家推測(cè)木星的大氣溫度大概是-100華氏度（-73攝氏度）。然而，實(shí)際上木星上層大氣的平均值是灼熱的800華氏度（426攝氏度）——幾乎和地獄般的行星，金星的表面溫度一樣高。

圖片：NASA的朱諾號(hào)計(jì)劃

數(shù)十年來(lái)，科學(xué)家們都在爭(zhēng)論是什么造成了木星上所謂的“能源危機(jī)”。而現(xiàn)在有新的研究發(fā)現(xiàn)行星強(qiáng)烈的極光在強(qiáng)磁場(chǎng)的推動(dòng)下，導(dǎo)致了行星氣溫飆升。

極光在太陽(yáng)系是很常見(jiàn)的現(xiàn)象，它發(fā)生在那些有著大量磁場(chǎng)的行星上，例如地球和木星。（火星和金星也有它們自己的極光，但由于那些地區(qū)的磁場(chǎng)環(huán)境不穩(wěn)定，這些光在那些行星上的作用也不一樣）

在像木星和地球這樣擁有強(qiáng)磁場(chǎng)的地方，當(dāng)帶電粒子被磁場(chǎng)捕獲并螺旋下落至兩極時(shí)就會(huì)產(chǎn)生極光。在前往兩極的路上，這些粒子撞擊大氣中的原子和分子并產(chǎn)生光。

木星的極光加熱理論部分來(lái)自于NASA朱諾號(hào)的最新觀測(cè)數(shù)據(jù)。目前朱諾號(hào)正進(jìn)出強(qiáng)烈的輻射場(chǎng)以近距離研究木星。朱諾號(hào)距離木星很近，這得以讓科學(xué)家以前所未有的細(xì)節(jié)追蹤行星的大氣加熱過(guò)程。

該研究的主要作者James O'Donoghue在凱克天文臺(tái)的一份聲明中這樣說(shuō)到：“用沙灘打個(gè)比方：如果把熱大氣層比作水，那么朱諾號(hào)繪制的磁場(chǎng)就是海岸線，而極光就是海洋。我們發(fā)現(xiàn)水離開(kāi)海洋，淹沒(méi)了陸地，而朱諾號(hào)則幫助我們揭示出海岸線在何處，從而了解淹沒(méi)的程度?！?/p>

研究團(tuán)隊(duì)使用了朱諾號(hào)以及宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)(JAXA)開(kāi)發(fā)的行星光譜觀測(cè)衛(wèi)星Hisaki衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)。這兩顆衛(wèi)星都對(duì)木星的磁場(chǎng)進(jìn)行了追蹤。他們也使用了Keck II 望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)，該望遠(yuǎn)鏡提供了高分辨率的溫度圖。這些綜合觀測(cè)讓科學(xué)家們觀察到極光向木星赤道射出的熱脈沖。Hisaki衛(wèi)星從2013年至今的長(zhǎng)期觀測(cè)也說(shuō)明了太陽(yáng)風(fēng)的重要性——源自太陽(yáng)的持續(xù)粒子流——帶來(lái)了它自己的磁場(chǎng)并很可能加強(qiáng)了觀察到的極光。

JAXA的行星空間科學(xué)家O'Donoghue說(shuō)：“非常幸運(yùn)我們能夠捕捉到這個(gè)潛在的散熱事件。如果我們是在太陽(yáng)風(fēng)壓不高的晚上觀察木星的話，很可能就會(huì)錯(cuò)過(guò)它。”

Keck望遠(yuǎn)鏡使用近紅外光譜儀，在兩個(gè)觀測(cè)期——2016年4月和2017年1月——從帶電氫分子從地球兩極移動(dòng)到赤道的過(guò)程中對(duì)木星的熱量進(jìn)行了追蹤調(diào)查。Keck II望遠(yuǎn)鏡也通過(guò)采取更多的溫度測(cè)量來(lái)提高它的分辨率，并且只包括那些具有高度確定的值。這項(xiàng)工作花費(fèi)了很多年時(shí)間，但最終描繪出一幅含多達(dá)10000個(gè)獨(dú)立數(shù)據(jù)點(diǎn)的溫度圖，極大地改善了過(guò)去在分辨率上的成果。

然而，高分辨率地圖也顯示出另一個(gè)尚未解決的溫度之謎。

在Keck的聲明中，來(lái)自萊斯特大學(xué)以及論文的聯(lián)合作者Tom Stallard說(shuō)道，“我們還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的、遠(yuǎn)離極光的局部加熱區(qū)域——一個(gè)我們從未見(jiàn)過(guò)的長(zhǎng)條形區(qū)域”。

木星的磁場(chǎng)比地球要強(qiáng)的多。近木火山衛(wèi)星IO通過(guò)火山噴發(fā)向木星輸送出許多物質(zhì)，許多粒子進(jìn)入了木星的大氣層。木星的巨大體積以及劇烈的風(fēng)暴也為極光有限的熱量如何在行星上循環(huán)起到了作用。

盡管極光加熱效應(yīng)不是一個(gè)新的理論，但是科學(xué)家們直到現(xiàn)在才能夠證明這一假設(shè)。

先前，檢驗(yàn)?zāi)拘巧蠈哟髿獾哪Ｐ屯茰y(cè)任何極光風(fēng)都不會(huì)吹向赤道。相反，該理論認(rèn)為極光風(fēng)會(huì)因?yàn)槟拘强焖俚淖赞D(zhuǎn)而被推向西邊。木星自轉(zhuǎn)一圈只要10個(gè)小時(shí)，并且因?yàn)槟拘鞘菤鈶B(tài)巨星，不同緯度自轉(zhuǎn)時(shí)間會(huì)有細(xì)小的變化。新的觀測(cè)數(shù)據(jù)否認(rèn)了之前的想法并表明向西的極光風(fēng)可能比赤道風(fēng)要弱，而后者帶走了極光的熱量

BY: Elizabeth Howell

FY: TMON

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