最新研究揭示了木星极光活动的一个有趣秘密

哈勃木星极光作物

极光的出现继续引起科学家们的兴趣,无论是明亮的光线照射在地球上还是其他行星上。这些光为行星磁场的组成和运作提供了线索。

新研究木星这证明了这一点,也增加了游戏的神秘感。

阿拉斯加费尔班克斯大学地球物理研究所空间物理学教授彼得·德拉米尔是一个由13名研究人员组成的国际团队中的一员,他们在太阳系最大行星的极光方面有了重大发现。

该团队的研究成果发表于2021年4月9日,在《科学的进步。这篇题为《木星不寻常的磁层拓扑结构如何形成极光》的研究论文是由香港大学地球科学系的张斌正撰写的;Delamere是主要合著者。

木星电蓝色极光

美国宇航局的哈勃太空望远镜在2010年拍摄了这张近距离的电蓝色极光的照片,这是在15亿英里外的巨大行星木星上怪异地发光。来源:美国国家航空航天局

用新开发的木星磁层全球磁流体动力学模型所做的研究提供了证据,支持了Delamere和科罗拉多大学博尔德分校的研究员Fran Bagenal在2010年发表的一篇论文中提出的先前备受争议和批评的观点木星的极冠部分由闭合磁场线连接,而不是像我们太阳系的大多数行星那样全部由开放磁场线连接。

“作为一个群体,我们倾向于两极分化——要么开放,要么封闭——无法想象两者兼而有的解决方案,”Delamere说,他从2000年开始研究木星。“但事后看来,这正是极光向我们揭示的东西。”

开放线是指那些来自某颗行星,但逐渐消失在远离太阳的空间中,而不是与另一个半球的相应位置重新连接的线。

例如,在地球上,极光出现在一个被称为极光椭圆形的区域周围的封闭磁场线上。它是高纬度环,在地球磁轴两端附近,但不是在两端。

然而,在地球上的环内,就像在太阳系的其他一些行星上一样,有一个被称为极地帽的空穴。在这里,磁场线不相连地向外发散,因此极光很少出现。把它想象成你家里的一个不完整的电路:没有完整的电路,没有灯。

然而,木星有一个极光眩目的极冠。这让科学家们感到困惑。

哈勃木星极光

这张2016年的图片是哈勃望远镜两个不同观测结果的合成。这些极光是由哈勃太空望远镜成像光谱仪拍摄的,在美国宇航局的朱诺号飞船接近并进入木星轨道时进行的远紫外线观测。来源:美国国家航空航天局

Delamere说,问题在于,研究人员对木星的研究是以地球为中心的,因为他们已经了解了地球自身的磁场。

到达木星美国国家航空航天局2016年7月,美国的朱诺号宇宙飞船提供了极地冰帽和极光的图像。但是这些图像,还有一些被哈勃太空望远镜他无法解决科学家们在开放线路和封闭线路问题上的分歧。

彼得Delamere

彼得Delamere。资料来源:阿拉斯加费尔班克斯大学

所以Delamere和研究小组的其他成员使用计算机建模来帮助他们。他们的研究揭示了一个很大程度上封闭的极地区域,只有一小块新月形的开放通量,只占极地冰帽区域的9%左右。其余部分与极光一起活跃,表明磁场线是闭合的。

事实证明,木星的极冠中既有开放线,也有封闭线。

他说:“没有任何模型或理解可以解释为什么会有像这次模拟中产生的新月状开放通量。”“我根本就没想过。我认为社区里的任何人都想象不到这种解决方案。然而,这种模拟已经产生了它。”

“对我来说,这是我们理解磁层方式的重大范式转变。”

这还揭示了什么?研究人员需要做更多的工作。

“它提出了许多关于太阳风如何与木星磁层相互作用并影响动力学的问题,”Delamere说。

例如,木星极光活跃的极冠可能是由于行星的旋转速度——每10小时一次,而地球每24小时一次——和它巨大的磁层。两者都减少了太阳风的影响,这意味着极帽磁场线不太可能被撕裂成开放线。

木星的卫星木卫一在多大程度上影响了木星极地帽内的磁力线?木卫一在电动力学上与木星相连,木星是太阳系中独一无二的星体,因此它的母行星不断地剥离重离子。

正如论文所指出的那样,“关于木星磁层的磁结构,以及它的极光究竟告诉了我们它的拓扑结构的什么,目前还没有定论。”

参考:《木星不寻常的磁层拓扑结构如何形成极光》作者:张斌正,Peter A. Delamere, Yao Zhonghua, Bertrand Bonfond, D. Lin, Kareem A. Sorathia, Oliver J. Brambles, William Lotko, Jeff S. Garretson, Viacheslav G. Merkin, Denis Grodent, William R. Dunn and John G. Lyon, 2021年4月9日科学的进步
DOI: 10.1126 / sciadv.abd1204

第一个发表评论关于“新研究揭示的木星极光活动的有趣秘密”

留下你的评论

邮箱地址可选。如果提供,您的电子邮件将不会被发布或共享。