极光会导致木星“能源危机”吗？木星高层大气的平均温度是多少

　　新的观测表明，木星神秘的“能源危机”可能是由极光引起的，这个危机让天文学家困惑了 50 年。

　　尽管距离太阳很远，但我们太阳系中最大的行星长期以来一直被认为非常温暖。木星位于超过 5 个天文单位或日地距离之外（1 天文单位是百万英里（1.5 亿公里）。

　　根据美国宇航局的一份声明，距离太阳如此远的阳光太少，以至于木星的高层大气应该是寒冷的，科学家们估计它应该在 -100 华氏度（-73 摄氏度）左右。然而，木星高层大气的平均温度是 800 华氏度（426 摄氏度）——几乎和地狱般的金星表面一样热。

　　几十年来，天文学家一直在争论是什么导致了木星上的这场“能源危机”。现在，一项新的研究发现，由地球强磁场引发的强烈极光是导致气温飙升的原因。

　　极光是我们太阳系中的常见现象，发生在地球和木星等具有强大磁场的行星上。（火星和金星有它们自己的极光，但由于这些地区的磁环境不均匀，这些光在这些行星上的功能不同。）

　　在地球和木星等具有强磁场的世界中，当带电粒子被困在磁场中并向两极盘旋时，就会出现极光。在前往两极的途中，粒子撞击大气中的原子和分子，产生光。

　　木星的极光加热结论部分来自美国宇航局朱诺号航天器的新观测结果，该航天器正在强辐射场中进出以近距离研究这颗行星。朱诺号的近距离优势使科学家能够以前所未有的细节追踪这颗行星的大气加热情况。

　　“把这个想象成一个海滩：如果炎热的大气是水，朱诺绘制的磁场就是海岸线，极光就是海洋。我们发现水离开了海洋并淹没了陆地，朱诺揭示了这条海岸线的位置帮助我们了解洪水的程度，”该研究的主要作者詹姆斯奥多诺霍在凯克天文台的一份声明中说。

　　该团队使用了朱诺号和日本宇宙航空研究开发机构 （ JAXA ）的 Hisaki 卫星的观测结果，它们都跟踪了这颗行星的磁场。他们还使用了来自 Keck II 望远镜的数据，该望远镜提供了高分辨率的温度图。这些综合观测使科学家们能够观察到极光向木星赤道发射热脉冲。自 2013 年以来，久崎的长期观测也显示了太阳风（来自太阳的恒定粒子流）的重要性，它为木星带来了自己的磁场，并可能增强了观测到的极光。

　　JAXA 空间与航天科学研究所的行星空间科学家 O‘Donoghue 补充说：“我们捕捉到了这一潜在的散热事件，这完全是运气。” “如果我们在不同的夜晚观察木星，当最近太阳风压不高时，我们就会错过它。”

　　使用近红外光谱仪，凯克在 2016 年 4 月和 2017 年 1 月的两次观测中从带电的氢分子从地球两极移动到赤道时追踪了这颗行星的热量。Keck II 还被配置为通过进行更多的温度测量并仅包括那些具有高度确定性的值来提高其图像的分辨率。这项工作花了数年时间，但结果是新的温度图包含 10,000 多个单独的数据点，大大改进了过去在分辨率方面的努力。

　　不过，高清视图也揭示了另一个尚未解开的供暖之谜。

　　莱斯特大学论文的合著者汤姆·斯塔拉德 （Tom Stallard） 说：“我们还发现了一个离极光很远的奇怪的局部加热区域——一条长长的加热棒，不同于我们以前见过的任何东西。”凯克声明。“虽然我们不能确定这个特征是什么，但我相信这是从极光向赤道流动的滚滚热浪。”

　　木星的磁场比地球强得多。附近的木星火山卫星——木卫一——通过喷发向该地区倾倒了大量物质，提供了大量进入木星大气层的粒子。木星的巨大体积和强风也在极光产生的热量如何在行星周围循环中发挥作用。

　　虽然极光加热并不是一个新想法，但科学家们直到现在还无法证实这一假设。

　　此前，研究这颗行星高层大气的模型表明，任何极光风都不会到达赤道。相反，该理论认为，由于木星的快速自转，风会被推向西，因为木星是气态的，自转持续了将近 10 个小时，并因纬度而异。新的观测结果驳斥了这种旧想法，还表明西风可能比吸引极光热量的赤道风弱。