木星“能源危机” 木星热推动的可能来源是什么？

　　木星距太阳的距离是地球的五倍多，预计木星不会特别温暖。根据接收到的阳光量，地球上层大气的平均温度应该是大约负 100华氏度或负 73摄氏度的寒冷。相反，测量值飙升至 800 华氏度或 426 摄氏度左右。这种额外热量的来源50年来一直难以捉摸，导致科学家将这种差异称为地球的“能源危机”。

　　木星上有“能源危机”吗？它的来源是什么？最近，一个国际团队收集了三个天文台的观测结果，以发现木星热推动的可能来源。它们分别是：美国宇航局的朱诺号航天器、夏威夷莫纳基亚的 WM Keck 天文台和日本宇宙航空研究开发机构 （ JAXA ）的 Hisaki 卫星。

　　“我们发现，木星强烈的极光(太阳系中最强烈的极光)是将整个行星的上层大气加热到令人吃惊的高温的原因。”日本相模原 JAXA 空间与航天科学研究所的 James O‘Donoghue 说。

　　当带电粒子被行星磁场捕获时，就会产生极光。这些螺旋沿着磁场中看不见的力线向地球的磁极旋转，撞击大气中的原子和分子，释放光和能量。在地球上，这导致了形成北极光和南极光的彩色灯光秀，也称为北极光和南极光。在木星，从其火山卫星艾奥中喷发的物质导致太阳系中最强大的极光和地球极地地区上层大气的巨大加热。

　　木星高层大气的全球模式显示，被极光加热并流向赤道的风会被行星快速自转带动的西风淹没并改变方向。这将防止极光能量从极地逃逸并加热整个大气。然而，这一新的观测表明，这次捕获并没有发生，西风可能比预期的要弱（与赤道风相比）。

　　凯克天文台的高分辨率温度图与久崎和朱诺的磁场数据相结合，使该团队能够捕捉到极光，该极光向木星赤道发送似乎是热脉冲。

　　该团队在 2016 年 4 月和 2017 年 1 月的两个不同夜晚用 Keck II 望远镜观察木星五个小时。使用 Keck II 上的近红外光谱仪 （NIRSPEC），追踪到木星大气中带电氢分子(H3+离子)的热量从行星的两极到赤道。以前的高层大气温度图是用只有几个像素的图像形成的，因此证据不足，还不能用来分辨出地球上的温度是如何变化的，因此无法提供额外热量来源的线索。

　　为了改善这种情况，该团队利用 Keck II 的强大功能在地球表面进行了更多的温度测量，并且仅包括记录值不确定性小于 5％ 的测量值。这需要花费多年时间，才产生了包含 10,000 多个单独数据点的温度图，这可以说是迄今为止最高分辨率的。

　　“我们已经用其他仪器多次尝试过，但是使用 Keck 的 NIRSPEC是第一次，并且我们也是第一次能够足够快地测量从木星一直到赤道的光，根据这个我们可以绘制出温度和电离层密度。 ”该论文的合著者、英国莱斯特莱斯特大学的汤姆斯塔拉德说。

　　详细的地图显示，高层大气中的热量分布非常的广泛，越靠近赤道温度越低，在极光附近的极地地区高温。

　　“我们还发现了一个离极光很远的奇怪的局部加热区域，就像是一条长长的加热棒，与我们以前见过的任何东西都不一样。”“虽然我们不能确定这个特征是什么，但我相信这是流动的滚滚热浪（从极光向赤道方向）。”斯塔拉德说。

　　此外，JAXA 的 Hisaki 卫星的观测表明，Keck II 温度观测时的可能会在木星上产生强烈的极光。自 2013 年发射任务以来，久崎从地球轨道上观测到木星周围产生极光的磁场。长期监测表明：太阳风（从太阳发出的高能粒子流）能够强烈影响木星的磁场。这是因为太阳风带有自己的磁场，木星的行星场遇到太阳风的时候，木星的行星场就会被压缩。在 Keck II 观测时，久崎表明来自木星的太阳风压力特别高，场压缩很可能产生了增强的极光。

　　最后，朱诺号在木星轨道上的观测提供了地球上极光的精确位置。

　　“朱诺的磁场数据为我们提供了极光在哪里的‘地面真相’。这些信息不容易从热图中获得，因为热量会从很多方向泄漏出去。”奥多诺格说。

　　“虽然我们捕捉到了这个潜在的散热事件，但是，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！”奥多诺霍补充道。

　　团队的目标是捕捉木星的极光喷出的另一个热点，因此他们将继续分析数据并制作更多地图，并且对它进行 2-3 天的观测，以便在它绕地球移动时跟踪它的能量。

　　“我们能观察到其中一个特征在移动吗？它会显示极光热的流动吗？这种能量流是如何影响我们现在知道如此复杂的周围磁场的？这是一组令人兴奋的研究问题，在木星电离层的一个区域，五年前，我们认为是平凡的。”斯塔拉德说。