木星X射线极光耀斑的40年谜团终于被发现

雅虎 · 科学 · 07月14日
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40年来,木星的极光,也被称为北极光和南光,一直困扰着世界各地的天文学家。现在,科学家终于揭开了这个气体巨人史诗般的X射线耀斑背后的神秘面纱。

天文学家利用NASA的朱诺航天器(Juno)所做的测量,以及欧洲航天局(European Space Agency)绕地球运行的XMM -牛顿任务(XMM - Newton Mission)所提供的数据,从一开始到结束,都能够以前所未有的方式观察整个现象。

在最近发表在《科学进步》(Science Advances)杂志上的一项研究中,研究人员详细介绍了这一过程,其中包括产生X射线的带电离子,即将行星磁场中的电磁波"冲浪"到大气中。

在我们太阳系七颗行星的极光显示中,木星是最强大的,也是唯一一个由气体巨星产生的。虽然一些极光可以用肉眼看到,但另一些极光的形式是短波长,只能用某些望远镜才能看到。

这张图片中的紫色显示了2007年美国宇航局钱德拉空间望远镜探测到的木星极光发射的X射线 ,它们覆盖在美国宇航局哈勃空间望远镜拍摄的木星图像上。

地球人对北极光很熟悉,但木星的版本释放了数百千兆瓦的能量,足以为全人类提供短暂的能量。这些较短的排放需要大量的能量才能产生-这让科学家们在过去40年里开始怀疑木星如何产生这些能量。

他们知道光的显示是由离子进入木星大气层引起的-但他们是如何到达那里的?

研究人员发现,脉动的极光是由行星极其强大的磁场的定期波动触发的,这导致电磁离子回旋波(EMI)。这些粒子在磁场的引导下,在数百万英里的空间中"穿行" ,然后撞击行星的大气层-每27分钟就会爆发一次极光。

"我们在朱诺数据中看到的是这个美丽的事件链。我们看到压缩发生,我们看到EMIC波触发,我们看到离子,然后我们看到离子沿着场线行进的脉冲, "研究报告的合着者威廉 邓恩在新闻稿中说。 "然后,几分钟后, XMM看到X射线爆发。 "

来自美国宇航局朱诺卫星和美国航天局钱德拉X射线望远镜的木星极光叠加图像。左边是木星北部X射线极光(紫色)叠加在北极朱诺卡姆可见光图像上的投影。右边是南部对应图像。 /图片来源:美国航天局钱德拉/朱诺·沃尔克/邓恩

类似的过程产生地球的极光。

邓恩说: "因此,这可能是一种普遍存在的现象,出现在空间的许多不同环境中。 "

"现在我们已经确定了这一基本过程,有很多可能性可以在下一步进行研究, "联合作者姚忠华博士说。 "类似的过程也可能发生在土星、天王星、 海王星科技以及可能的系外行星周围,不同种类的带电粒子'冲浪"波。 "

目前还不清楚为什么磁场线周期性振动,但它们可能是由太阳风或木星超大磁层内流动的高速等离子体相互作用引起的。有了朱诺,天文学家现在有机会进行更深入的探索。

" X射线通常是由黑洞和中子星等极端强大和剧烈的现象产生的,所以仅仅是行星也会产生X射线似乎很奇怪, "合着者格拉齐埃拉·布兰杜阿尔-雷蒙(Graziella Branduardi - Raymont)说。 "我们永远不能访问黑洞,因为它们超出了太空旅行的范围,但木星就在我们的门口。随着朱诺卫星进入木星轨道,天文学家现在有了一个极好的机会来研究近距离产生X射线的环境。 "

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