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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（圖片來源： J. O'Donoghue (JAXA)/Hubble/NASA/ESA/A. Simon/J. Schmidt）

新的觀測表明，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。

盡管距離太陽非常遠(yuǎn)，這顆太陽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)在在五個天文單位之外，或者說在五個地日距離（AU）之外（1 AU有幾百萬英里（1.5億公里））

到達(dá)這里的太陽光非常少，按道理木星的上層大氣應(yīng)該會非常寒冷。根據(jù)NASA的一份聲明，科學(xué)家推測木星的大氣溫度大概是-100華氏度（-73攝氏度）。然而，實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的朱諾號計劃

數(shù)十年來，科學(xué)家們都在爭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)磁場的推動下，導(dǎo)致了行星氣溫飆升。

極光在太陽系是很常見的現(xiàn)象，它發(fā)生在那些有著大量磁場的行星上，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)磁場的地方，當(dāng)帶電粒子被磁場捕獲并螺旋下落至兩極時就會產(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自于NASA朱諾號的最新觀測數(shù)據(jù)。目前朱諾號正進(jìn)出強(qiáng)烈的輻射場以近距離研究木星。朱諾號距離木星很近，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程。

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

研究團(tuán)隊使用了朱諾號以及宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)(JAXA)開發(fā)的行星光譜觀測衛(wèi)星Hisaki衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)。這兩顆衛(wèi)星都對木星的磁場進(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年至今的長期觀測也說明了太陽風(fēng)的重要性——源自太陽的持續(xù)粒子流——帶來了它自己的磁場并很可能加強(qiáng)了觀察到的極光。

JAXA的行星空間科學(xué)家O'Donoghue說：“非常幸運我們能夠捕捉到這個潛在的散熱事件。如果我們是在太陽風(fēng)壓不高的晚上觀察木星的話，很可能就會錯過它?！?/p>

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

然而，高分辨率地圖也顯示出另一個尚未解決的溫度之謎。

在Keck的聲明中，來自萊斯特大學(xué)以及論文的聯(lián)合作者Tom Stallard說道，“我們還發(fā)現(xiàn)了一個奇怪的、遠(yuǎn)離極光的局部加熱區(qū)域——一個我們從未見過的長條形區(qū)域”。

木星的磁場比地球要強(qiáng)的多。近木火山衛(wèi)星IO通過火山噴發(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?zāi)拘巧蠈哟髿獾哪Ｐ屯茰y任何極光風(fēng)都不會吹向赤道。相反，該理論認(rèn)為極光風(fēng)會因為木星快速的自轉(zhuǎn)而被推向西邊。木星自轉(zhuǎn)一圈只要10個小時，并且因為木星是氣態(tài)巨星，不同緯度自轉(zhuǎn)時間會有細(xì)小的變化。新的觀測數(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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