木星以“时钟工作”等能量推动,现在我们终于知道为什么

Vice · 科学 · 07月10日
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图片:美国航天局、欧空局和J . Nichols(莱斯特大学)

ABSTRACT打破了令人难以置信的科学研究、未来的技术、新发现和重大突破。

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地球的极光是我们星球上最令人惊叹的奇观之一,但与木星两极的明亮光线相比,它们显得苍白,木星两极产生的能量足以为人类文明提供短暂的动力。

40年来,科学家们一直在努力解释驱动木星惊人而明亮的极光的潜在机制,特别是行星的常规X射线脉冲,这种现象在太阳系中任何其他行星的极光中都从未见过。

现在,由中国科学院行星科学家姚忠华和伦敦大学学院(University College London)空间物理学家威廉 邓恩共同领导的一个团队终于"揭示了木星脉动X射线发射的物理驱动力" ,周五发表在《科学进步》(Science Advances)杂志上的一项研究表明。事实证明,罪魁祸首是在地球上观察到的称为电磁离子回旋波(EMI)的特殊波纹。

研究人员通过与美国国家航空航天局的朱诺探测器(自2016年以来一直围绕木星运行)和欧洲航天局的X射线多镜任务(XMM -牛顿)天文台(自1999年以来一直围绕地球运行)仔细协调对极光的同时测量,实现了这一突破。这些联合观测使研究小组能够在木星内部寻找可能与极光中看到的一致周期X射线爆发相对应的节律过程。

"木星做这种奇怪的事情,它像钟表一样有规律地脉冲, " 邓恩在电话中说。 "我们看到,在这段时间里,木星每隔27分钟就脉冲一次:它会产生这些明亮的极光耀斑,然后它会冷却一点,然后27分钟后,又有一个。 "

"那就像指纹,或者是烟枪, "他补充说。 "我们知道极光就是这样做的,所以我们可以去看看木星周围的环境,尝试找到一些完全一样的过程。 "

朱诺和XMM -牛顿在2017年7月首次对他们的观察进行了汇总,但团队并不立即意识到隐藏的机制。 邓恩回忆了每天与同事们的Skype会议,他们在会上梳理了混乱的数据,并用尽了所有可能的解释。

"就我们所知,在太阳系的行星上没有类似的东西, "姚明在一封电子邮件中说。 "所以,即使我们知道某些东西必须以与X射线相同的周期脉冲,我们也不知道在哪里找到这些过程。 "

最终,姚明意识到耀斑可能与一种被称为EMIC波的现象有关。当地球或木星等行星上的磁场线振动时,它们会在周围的等离子体中发出涟漪,这种气体形式的分子被分解成电子和离子。 EMIC波是行星磁层与其等离子体相互作用的产物。

图为EMIC波引导离子(黄色和红色)进入木星Pols的观测结果。图片: NASA 、 ESA和J . Nichols(莱斯特大学)

在地球上,这些波引发了一种罕见的光秀,称为质子极光。相比之下,木星的X射线极光部分是由熔岩浸透的月球埃欧喷出的火山碎片驱动的,它在气体巨星轨道上向其输送高能硫和氧离子。木星的EMIC波沿着磁场线将这些离子向北和南移,直到它们最终被倾倒到极地天空,并为X射线脉冲提供动力。

姚明、 邓恩和他们的同事们能够将木星X射线脉冲的时间与EMIC波的节奏联系起来,就像质子极光与地球上同样的现象联系在一起一样。

除了解开木星数十年来的谜团外,这项新研究还表明,在宇宙中等离子体和磁场之间的各种相互作用中, EMIC波可能是一个低估的因素。

EMIC波"可能对从行星到太阳风-即离开太阳的粒子-到星系之间流动的气体等一切东西都非常重要, " 邓恩说。 "这对宇宙学和理解宇宙的工作方式有着巨大的影响。 "

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