低空磁场重新连接可以为木星的极地极光提供动力吗?

哈勃木星极光

这张合成图像显示了由哈勃太空望远镜观测到的木星北部极光的位置。强烈的极光活动发生在非常接近极点的地方,这是木星以外的太阳系中唯一的特征。来源:美国宇航局,欧洲航天局和J.尼科尔斯,莱斯特大学

在木星云顶上方小于2个木星半径的磁场重联事件可以解释为什么“朱诺号”还没有观测到源木星极地aurore。

和地球一样,木星的磁场将带电粒子导入其大气层,导致其两极附近形成明亮的极光。然而,木星的极光发射的亮度和多样性超过了地球上产生的极光。特别有趣的是,发源于两极而非主极光的辐射斑,这一特征在木星上的表现要比在地球或其他地方强烈得多土星

极地地区的辐射可能转瞬即逝,持续几分钟,有时仅几秒钟。极地极光区域可进一步划分为三种形态:最小辐射的“黑暗”区域,强烈辐射的“活跃”区域,以及在最高纬度的湍流辐射的“漩涡”区域。

">美国国家航空航天局“朱诺”号宇宙飞船已经探测到向下的粒子通量,可以解释主要的排放。然而,还没有发现这样的通量可以解释大部分的极地排放,特别是那些来自漩涡地区的。Masters et al。提出了一个朱诺还没有观测到的机制:磁重联发生在离木星云顶不远的地方。

作者进行了一维磁流体动力学建模,以跟踪木星两极附近单个磁力线的演化。他们从这颗行星的大气层顶端开始建模,并从那一点开始延伸2个木星半径。这一区域完全低于任何现存的航天器观测值。

波穿过等离子体从上面进入模型域,由地球磁层更远的地方的相互作用产生。这些波的传播具有使理想的磁力线从完全垂直的位置偏转的效果。这是一个很小的影响,在0.01°左右,但它可能足以启动磁重联相邻磁力线之间的事件。

在重新连接时,相邻的磁力线断开并以更有利能量的配置进行改造。这一过程释放了储存在电场中的能量,并被附近带电粒子的加速带走。作者认为向下移动的高能电子可能是木星极地极光漩涡区域的来源。

最后,作者认为这种效应在地球或土星并不重要,因为它们的磁场较弱。木星的磁场要强一个数量级以上,重连率大约是这个数值的平方。因此,木星有强烈的极地极光,而地球和土星没有。

参考文献:《行星附近的磁重联可能是木星神秘极地极光的驱动因素》,a . Masters, W. R. Dunn, T. S. Stallard, H. Manners和J. Stawarz, 2021年7月14日,地球物理研究杂志:空间物理
ja029544 DOI: 10.1029/2021

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