木星壯觀的紫外線“黎明風暴”極光與地球的極光存在相似之處

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據外媒報道，一項新研究追蹤了木星極光中壯觀的“紫外線風暴”的生命週期，這些極光是由其衛星木衛一的帶電粒子產生的。 研究作者稱，這些“風暴”由環繞木星兩極的橢圓形極光活動的黎明一側的增亮和擴大組成，其演變模式令人驚訝地讓人聯想到地球極地天空熟悉的極光，稱為極光亞暴。

新的研究是第一個跟蹤風暴從它們在這顆巨大行星的黑夜一側誕生到它們的全面進化的研究。它於2021年3月16日發表在《AGU Advances》雜誌上。

在“黎明風暴”期間，木星安靜而有規律的極光弧會轉變為複雜而強烈明亮的極光特徵。它在5-10個小時內，從黑夜一側旋轉到黎明一側面，最終到白天一側，向太空發射數百到數千吉瓦的紫外線。這種巨大的亮度意味著至少有十倍以上的能量從磁層轉移到木星的高層大氣中。

此前，“黎明風暴”只能從地球上的地面望遠鏡或哈勃太空望遠鏡上觀測到，而哈勃太空望遠鏡只能提供極光的側檢視，無法看到木星的夜間一面。朱諾號每隔53天就會沿著高度拉長的軌道圍繞木星執行，每一次執行都會使它正好在兩極之上。

“這是一個真正的遊戲規則改變者，”來自列日大學的研究員和新研究的主要作者Bertrand Bonfond說。“我們終於找到了夜間發生的事情，黎明風暴的誕生地。”

地球的磁層是由太陽流出來的帶電粒子形成的，稱為太陽風。太陽風的爆發將地球的磁場在地球的黑夜一側延伸成一條長長的“尾巴”。當這條“尾巴”折回時，它將帶電粒子發射到黑夜一側的電離層中，這就出現了壯觀的極光。

新研究發現，木星上黎明風暴的時間與太陽風波動並不相關。木星的磁層主要是由其火山衛星木衛一逸出的粒子所構成，然後這些粒子被木星的磁場電離並困在木星周圍。這兩個磁層的質量和能量來源根本不同，導致極光通常看起來很不一樣。然而，朱諾號的紫外光譜儀所揭開的曙光風暴，在研究人員看來卻很熟悉。

“當我們觀察整個黎明風暴序列時，我們不禁注意到木星的黎明風暴極光與一種被稱為亞暴的地球極光非常相似。”該研究的共同作者、列日大學的科學合作者姚中華說。

亞暴是磁層尾部爆炸性重組的結果。在地球上，它們與太陽風的變化和行星際磁場的方向密切相關。在木星上，這種爆炸性重組與源自木衛一的等離子體的過度溢位有關。

這些發現表明，無論其來源如何，粒子和能量並不總是在行星磁層中順利迴圈。它們往往會累積到磁層崩潰，並在行星極光中產生類似亞暴的反應。

“即使它們的來源是不同的，但首次展示了這兩個非常不同的系統之間的聯絡，使我們能夠從每個行星特有的特殊性中識別出普遍現象，”Bonfond說。