朱诺号探测器对木星极光的新发现

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2016年12月11日，朱诺号宇宙飞船接近木星时，通过“朱诺紫外成像光谱仪”重现了木星极光的图像

来源：NASA/JPL-Caltech/Bertrand Bonfond

对科学家们而言，即使经过了几十年的研究，木星的大气层至今仍然是一个谜。和木星的体积一致，它的大气层也是太阳系中最大的。木星大气层的海拔高度超过5000千米，在温度和压力的条件下存在极限。最重要的是，这个星球的大气有着太阳系中最强的极光。

研究极光现象一直是朱诺号探测器于2016年7月5日到达木星的主要目标之一。然而，在分析了探测器仪器收集到的数据之后，约翰·霍普金斯大学应用物理实验室(JHUAPL)的科学家们惊讶地发现，木星强大的磁暴的来源与地球上的磁场并不相同。

《木星强极光中的离散和宽频段电子加速》最近发表在科学期刊《自然》上，论文详细描述了这项研究的发现。由应用物理实验室的科学家巴里·莫克(Barry Mauk)领导的研究小组分析了朱诺号的紫外线光谱图(UVS)和木星高能粒子探测仪(JEDI)收集的数据来研究木星的极地区域。

朱诺紫外分光仪的紫外极光图像

来源：NASA/SwRI/Randy Gladstone

与地球一样，在木星上，极光是强辐射和木星磁场作用的结果。当这个磁层与带电粒子保持一致时，它就会加速电子向大气中的高能级。在研究朱诺号数据的过程中，JHUAPL团队观察了在高达40万电子伏特的能量水平上电子向木星大气加速运动的信号。

这大约是地球所经历的10~30倍，在地球上只需要几千伏的电压，就能产生最强烈的极光。考虑到木星拥有太阳系中最强大的极光，研究小组在行星大气层内发现如此强力并不奇怪。然而，令人惊讶的是，它并不是来源于这强烈的极光。

正如这项研究的主要作者巴里·莫克博士在JHUAPL的新闻稿中解释的那样：

“在木星上，最明亮的极光是由某种我们不太了解的湍流加速过程引起的。”我们最新的数据显示，随着极光产生的能量密度越来越强，这个过程变得不稳定，与此同时新的加速过程也开始了。我们对此将持续关注数据的变化。”

朱诺号对木星极光的解读

来源：NASA/SwRI/Randy Gladstone

这些发现可能对木星的研究有重要的影响，因为木星的组成和大气动力学一直保持着神秘。它也对发现太阳系外的气态巨行星和行星系统有指示作用。近几十年来，对这些系统的研究已经发现了数百个从海王星大小到木星大小的气体巨行星(又称“超级木星”)。

这些气态巨行星在轨道上也表现出了巨大的变化，从离它们各自的恒星非常接近到非常远。通过研究木星加速带电粒子的能力，天文学家将能够对空间天气、辐射环境以及它们对太空任务构成的风险做出更多有根据的猜测。

来源：ESO/L. Fletcher

这不仅将在木星未来的任务上派上用场，也可能有助于深空探索，甚至是星际空间探索。巴里·莫克解释说:

“我们在木星极光区域观测的高能量是强大的。这些产生极光的高能粒子是理解木星辐射带的一部分，这对朱诺和即将到来的飞船任务构成了挑战。围绕辐射的衰弱效应的工程一直是航天器工程师在设计任务中的挑战。我们的研究，以及来自美国宇航局的范艾伦探测器和正在探索地球磁气圈的多尺度磁层卫星（MMS），将使我们得到许多关于太空环境的知识，以及在恶劣的太空环境中保护宇宙飞船和宇航员的知识。对比木星和地球的过程，在验证行星物理学如何运作方面是非常有价值的。”

在朱诺号计划于2018年2月完成之前，探测器很有可能揭示出木星的组成、重力场、磁场和极地磁层的方方面面。在此过程中，它将解决长期存在的关于行星如何形成和演化的谜团，这也将为太阳系和外太阳系的历史提供线索。

内容选自：universetoday

翻译：GLA

责任编辑：解仁江

牧夫新媒体编辑部

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