第一次从天王星探测到x射线

天王星x射线光学复合材料

钱德拉在2002年和2017年的观测中捕获了第一批天王星的x射线,这一发现可能有助于科学家更多地了解这颗冰质巨行星。x射线:NASA/CXO/伦敦大学学院/W。邓恩等;光学:W.M.凯克天文台

  • 天文学家宣布首次探测到x射线来自天王星
  • 天王星是距离太阳第七的行星,是太阳系外的一颗巨大的冰行星。
  • 就像木星土星在美国,天王星及其光环似乎主要通过散射太阳的x射线产生x射线,但也有一些可能来自极光。
  • 这一发现是利用2002年和2017年的钱德拉观测数据得出的。

天文学家首次探测到来自天王星的x射线,使用美国国家航空航天局钱德拉x射线天文台。这一结果可能有助于科学家更多地了解我们太阳系中这个神秘的冰巨行星。

天王星是距离太阳第七的行星,在它的赤道周围有两组光环。这颗行星的直径是地球的四倍,它自侧旋转,这使它与太阳系中所有其他行星不同。由于旅行者2号是唯一飞越天王星的宇宙飞船,天文学家目前依靠的是距离地球更近的望远镜,比如钱德拉望远镜和天王星望远镜哈勃太空望远镜来了解这颗几乎完全由氢和氦组成的遥远而寒冷的行星。

在这项新研究中,研究人员使用了2002年和2017年在天王星上进行的钱德拉观测。他们在最近的第一次观测中清楚地发现了x射线,并且在15年后的观测中发现了可能的x射线耀斑。主图显示的是钱德拉2002年拍摄的天王星x射线图像(粉红色部分),叠加在2004年Keck-I望远镜获得的光学图像上。后者显示的行星方向与2002年钱德拉观测时大致相同。

天王星HRC合成图像

2017 HRC合成图像。x射线:NASA/CXO/伦敦大学学院/W。邓恩等;光学:W.M.凯克天文台

是什么导致天王星发射x射线?答案是:主要是太阳。天文学家观察到,木星和土星都会散射太阳发出的x射线,类似于地球的大气层散射太阳光线的方式。虽然这项新的天王星研究的作者最初预计大多数被探测到的x射线也会来自散射,但有诱人的迹象表明,至少还有一种x射线的其他来源存在。如果进一步的观察证实了这一点,它可能会对理解天王星产生有趣的影响。

一种可能性是天王星环本身产生x射线,土星环也是如此。天王星周围环绕着带电粒子,如附近的空间环境中的电子和质子。如果这些高能粒子与光环碰撞,它们可能会导致光环在x射线中发光。另一种可能性是,至少有一些x射线来自天王星上的极光,这种现象之前在这个行星上的其他波长已经被观察到。

在地球上,我们可以看到天空中被称为极光的五颜六色的光,这种现象发生在高能粒子与大气相互作用的时候。x射线是在地球极光中发射出来的,它是由高能电子在沿地球磁场线到达两极后产生的,并被大气层减慢。木星也有极光。来自木星极光的x射线有两个来源:电子沿着磁力线运动,就像在地球上一样;带正电的原子和分子如雨点般落在木星的两极区域。然而,科学家们不太确定是什么导致了天王星上的极光。钱德拉的观测可能有助于解开这个谜团。

天王星是x射线观测的一个特别有趣的目标,因为它的自转轴和磁场的方向不同寻常。太阳系其他行星的自转轴和磁场轴几乎与轨道平面垂直,而天王星的自转轴几乎与它绕太阳的轨道平行。此外,虽然天王星是倾斜的,它的磁场倾斜的数量是不同的,并偏离行星的中心。这可能导致其极光异常复杂多变。确定天王星的x射线来源可以帮助天文学家更好地了解太空中更多的外来物体,如不断增长的黑洞和中子星,是如何发射x射线的。

参考文献:W. R. Dunn的《从天王星探测X射线的低信号》。Ness, L. Lamy, G. R. Tremblay, G. Branduardi‐Raymont, B. Snios, R. P. Kraft, Z. Yao and A. D. Wibisono, 2021年3月31日,地球物理研究杂志
ja028739 DOI: 10.1029/2020

一篇描述这些结果的论文发表在最新一期的《科学》杂志上地球物理研究杂志。作者是William Dunn(英国伦敦大学学院),Jan-Uwe Ness(法国马赛大学),Laurent Lamy(法国巴黎天文台),Grant Tremblay(哈佛和史密森学会天体物理中心|),Graziella branduadi - raymont(伦敦大学学院),Bradford Snios (非洲金融共同体), Ralph Kraft (CfA), Yao Z.(中国科学院,北京),Affelia Wibisono(伦敦大学学院)。

美国宇航局的马歇尔太空飞行中心管理钱德拉项目。史密森天体物理天文台的钱德拉x射线中心控制着马萨诸塞州剑桥的科学和马萨诸塞州伯灵顿的飞行操作。

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