首度捕捉木星黎明极光风暴诞生,与地球副磁暴非常相似

极光并不是地球的独家景象,其他行星也有极光秀,事实上,太阳系内拥有最壮观极光秀的星球应该是木星,只不过它的极光落在紫外波段,人眼看不到,且种类也不少。其中一种称为黎明极光风暴,最早由哈勃太空望远镜发现,但直到现在,天文学家才通过朱诺号数据第一次理解它的诞生过程。

1994年,哈勃太空望远镜的暗天体照相机(Faint Object Camera,FOC)首度拍下木星两极出现在黎明时分的极光,如首图所示,可以看见极光有一半在白天、一半在夜晚,然而当时望远镜也仅是一瞥这场极光秀,掩盖在深沉夜晚中的所有极光细节一概不知。

虽然木星和地球的极光看起来有点相似,但实际差异非常大,比如地球极光起因于太阳风粒子与地球高层大气碰撞,木星极光则是由高能电子产生(从木卫一埃欧大气层剥离出来的),且可能永久存在、行为完全不同。

科学家不得不投入大量资金来研究木星令人难以置信的大气现象,然而无论是伽利略号还是卡西尼号,这些木星探测器的飞行轨道都没有飞越木星两极,依然无法拍回完整木星黎明极光给科学家解谜,直到朱诺号(Juno)前往木星,这颗星球的各种面貌才开始被大量揭开。

也是直到现在,科学家才首次观察到木星的黎明极光风暴如何从无到有。

在分析朱诺号数据的新研究中,科学家估计黎明极光风暴向太空发射了100,000GW紫外光,能量是典型木星极光的10倍,持续几小时后才降为正常能量值。比利时列日大学天文学家Zhonghua Yao表示,木星的黎明风暴极光与地球上一种称为副磁暴(substorm)的极光非常相似,虽然地球副磁暴是受到太阳风与行星际磁场方向影响,木星则是由行星与卫星之间的位置控制,但两者都是磁层受到扰动、电浆与能量积累后增加系统不稳定性,进而导致能量爆炸释放。

这些新发现将帮助科学家研究驱动不同星球极光形成的相异与相似之处,以更理解这些美丽的行星景象,至少我们知道了地球与木星的磁层虽然通过不同的机制存储能量,但当能量积累至临界点时,两个系统以惊人的相似方式释放这股能量。

新论文发布在《AGU Advances》期刊。