这张图片中的紫色显示了 2007 年美国宇航局钱德拉太空望远镜探测到的木星极光的 X 射线发射。它们覆盖在美国宇航局哈勃太空望远镜拍摄的木星图像上。 木星是唯一一颗科学家探测到 X 射线极光的气态巨行星。 图片来源：（X 射线）NASA/CXC/SwRI/R.Gladstone 等人； （光学）NASA/ESA/Hubble Heritage (AURA/STScI)
关于这颗天然气巨头强烈的北极光和南极光的谜团已经被破译。
行星天文学家将美国宇航局朱诺号航天器绕木星运行的测量结果与欧空局（欧洲航天局）地球轨道 XMM-牛顿任务的数据相结合，以解开一个 40 年前关于木星异常 X 射线极光起源的谜团。 他们第一次看到了整个工作机制：负责 X 射线的带电原子或离子正在木星磁场中“冲浪”电磁波进入气态巨行星的大气层。
有关该研究的论文于 9 年 2021 月 XNUMX 日发表在期刊上 科学进展.
在我们太阳系的七颗行星上发现了极光。 其中一些灯光秀是肉眼可见的； 其他的则产生我们只能用专门的望远镜才能看到的光波长。 较短的波长需要更多的能量来产生。 木星拥有太阳系中最强大的极光，是太阳系中唯一的极光
自 XNUMX 年前发现木星的 X 射线极光发射以来，行星天文学家一直对它着迷，因为目前尚不清楚产生它所需的能量是如何产生的。 他们知道这些令人惊讶的木星北极光和南极光是由离子撞击木星大气层触发的。 但直到现在，科学家们还不知道负责 X 射线灯光秀的离子是如何首先进入大气层的。
在地球上，极光通常只在围绕磁极的带中可见，纬度在 65 到 80 度之间。 超过 80 度，极光发射消失，因为磁力线离开地球并连接到太阳风中的磁场，太阳风中的磁场是太阳喷出的带电粒子的恒定通量。 这些被称为开放场线，在传统图片中，预计木星和土星的高纬度极地区域也不会发射大量极光。
然而，木星的 X 射线极光却不同。 它们存在于主极光带的极地和脉动中，北极与南极常有差异。 这些是闭合磁场的典型特征，其中磁场线在一个极点离开行星并在另一极与行星重新连接。 所有具有磁场的行星都有开场和闭场分量。
研究这种现象的科学家转向计算机模拟，发现脉动的 X 射线极光可能与木星内部产生的封闭磁场有关，然后在返回前向太空延伸数百万英里。 但是如何证明该模型是可行的呢？
研究作者转向朱诺和 XMM-Newton 在 16 年 17 月 2017 日至 26 日获得的数据。在两天的时间里，XMM-Newton 连续观测木星 27 小时，并看到 X 射线极光每 XNUMX 分钟脉动一次。
与此同时，朱诺号一直在地球黎明前区域上方 62 到 68 个木星半径（约 2.8 到 3 万英里，或 4.4 到 4.8 万公里）之间移动。 这正是团队的模拟表明对触发脉动很重要的区域，因此他们在朱诺数据中搜索以相同速率发生的任何磁过程。
他们发现木星磁场的波动导致了脉动的 X 射线极光。 磁场的外边界被太阳风的粒子直接撞击并压缩。 这些压缩会加热被困在木星广阔磁场中的离子，这些磁场距离地球大气层数百万英里。
这触发了一种称为电磁离子回旋加速器 (EMIC) 波的现象，其中粒子沿着场线定向。 在场的引导下，离子沿着 EMIC 波穿越数百万英里的空间，最终撞击地球的大气层并触发 X 射线极光。
“我们在 Juno 数据中看到的是这个美丽的事件链。 我们看到压缩发生了，我们看到了触发的 EMIC 波，我们看到了离子，然后我们看到了沿着场线传播的离子脉冲，”伦敦大学学院 Mullard 空间科学实验室的 William Dunn 和一位同事说- 论文作者。 “然后，几分钟后，XMM 看到了一阵 X 射线。”
既然该过程的缺失部分已首次被确定，它为下一步研究它开辟了丰富的可能性。 例如，在木星，磁场充满了由月球 Io 上的火山喷出的硫离子和氧离子。 在土星，卫星土卫二将水喷射到太空中，使土星的磁场充满水族离子。
有关这一发现的更多信息，请参阅科学家解开木星壮观的 X 射线极光 40 年之谜。
参考文献：姚忠华、William R. Dunn、Emma E. Woodfield、George Clark、Barry H. Mauk、Robert W. Ebert、Denis Grodent、Bertrand Bonfond、潘东晓的“揭示木星 X 射线耀斑的来源”， I. Jonathan Rae, Binbin Ni, Ruilong Guo, Graziella Branduardi-Raymont, Affelia D. Wibisono, Pedro Rodriguez, Stavros Kotsiaros, Jan-Uwe Ness, Frederic Allegrini, William S. Kurth, G. Randall Gladstone, Ralph Kraft, Ali H . Sulaiman、Harry Manners、Ravindra T. Desai 和 Scott J. Bolton，9 年 2021 月 XNUMX 日， 科学进展.
DOI：10.1126 / sciadv.abf0851
更多关于使命
JPL 是加州帕萨迪纳市加州理工学院的一个部门，负责为圣安东尼奥西南研究所的首席研究员 Scott J. Bolton 管理朱诺号任务。 朱诺号是美国宇航局新前沿计划的一部分，该计划由美国宇航局位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心管理，为该机构位于华盛顿的科学任务理事会负责。 丹佛的洛克希德马丁空间公司建造并运营了这艘宇宙飞船。
