彗星没磁场也能产生极光,虽然人眼看不见

除了地球,我们知道太阳系内其他行星也都有极光(除了水星),甚至连木星的卫星都有,但我们似乎没想过来去匆匆的彗星也有极光。天文学家最近在重新分析罗塞塔号的数据时,观察到67P/楚留莫夫─格拉希门克彗星也产生了极光,虽然是在人眼不可见的紫外波段。

67P/楚留莫夫─格拉希门克彗星(67P Churyumov-Gerasimenko)是一颗轨域周期6.45年、自转周期12.4小时的彗星,2014年时,欧洲太空总局罗塞塔号(Rosetta)探测器携带的菲莱登陆器成功着陆在这颗彗星表面,这是第一次有人造探测器在彗核上受控软着陆的壮举。

虽然罗塞塔号已于2016年受控坠毁在彗星上,但它的数据依然在带给科学家们惊喜。美国西南研究院物理学家Jim Burch团队最近重新分析罗塞塔号收集的数据,惊讶发现缺乏磁场的彗星附近居然出现了极光。

极光主要发生在拥有磁场的行星高纬度区域(或者说需要有3个条件:太阳风、磁场、大气层),比如地球极光就是来自太阳风的带电高能粒子被地磁场偏转、进入地球大气层并与高层大气(热层)中的原子碰撞所造成;土星和木星这2颗气态巨行星同样拥有极光,且因为两者磁场都比地球还要强,它们的极光也比地球的还要灿烂夺目。

只不过不同行星的极光形成机制略有小别,木星上的永驻极光大小恒定,并非是与太阳风粒子交互,而是来自木星内部相互作用、一种尚未确认的神秘机制;土星大部分极光虽然是与太阳风交互引起,但还有一种特殊的“极光环”(见下图)覆盖了整个极地地区,是在木星或地球上都没见过的形式,科学家还不懂这种急光环的形成机制。

土星上成因未知的极光环。(Source:NASA)

火星的大气层虽然非常稀薄,但仍有一点微弱磁场可以撑起极光;至于木卫二与木卫三,因为它们的母行星木星引力实在太强大了,故通过与木星磁场相互作用也产生了极光;还有地球的姊妹行星金星,虽然它没有磁场,但与太阳风相互作用后也能产生足以触发极光的强大磁场,进而引起极光。

提了这么多行星,天文学家大概没想过连彗星都可能有极光。

67P/楚留莫夫─格拉希门克彗星自身没有磁场,更没办法通过跟谁交互而产生磁场,为何科学家能从罗塞塔号的远紫外光数据中检测到极光?

研究人员表示,因为彗星有大气层──也就是彗发。一开始,科学家以为这是太阳光子与彗星气体相互作用引起的现象,称为昼辉(dayglow),但分析后却发现是太阳风中的电子与彗星气体相互作用,类似电子进入地球大气层产生极光的方式,差别在于电子当地球大气中主要是撞击氮原子及氧原子,发出红色光与绿色光,而在彗星大气中则是撞击水分子,发出远紫外光。

此外,地球磁场将电子引向两极、所以在天空中形成独特形状的极光,但彗星没有磁场引导,因此紫外极光看起来就只是像彗星周围的弥散光晕。

探索彗星极光的排放,能帮科学家更了解太阳风粒子如何随时间变化,进一步描绘出整个太阳系的“太空天气”。新论文发布在《自然天文学》(Nature Astronomy)期刊。

(首图来源:西南研究院)