科学家的研究回答了关于太阳系最大行星木星的重大问题

往事随风760

2014年，当美国国家航空航天局的“朱诺”号宇宙飞船接近并进入木星轨道时，哈勃太空望远镜成像光谱仪进行了一系列远紫外线观测，拍摄到了极光。资料来源：美国国家航空航天局、欧空局和莱斯特大学J.Nichols

据阿拉斯加大学费尔班克斯分校（Rod Boyce）：关于木星的新发现可能有助于更好地了解地球自身的空间环境，并影响关于太阳系最大行星的长期科学辩论。

UAF地球物理研究所和UAF自然科学与数学学院的教授Peter Delamere说：“通过探索木星等更大的空间，我们可以更好地了解控制地球磁层的基本物理，从而改进我们的太空天气预报。”。

他说：“我们失去了通信卫星和电网资产，或者两者兼而有之，这是一个重大的太空天气事件。”。

太空天气是指由太阳风和地球磁场之间的相互作用引起的地球磁层扰动。这些通常与太阳风暴和太阳的日冕物质抛射有关，这可能导致电网、管道和通信系统的磁波动和中断。

Delamere和一组合著者在AGU Advances上的一篇论文中详细介绍了他们对木星磁层的发现。地球物理研究所研究副教授Peter Damiano、UAF研究生Austin Smith和Chynna Spitler以及前学生Blake Mino是合著者之一。

Delamere的研究表明，我们太阳系最大的行星有一个磁层，其极地基本上由封闭的磁力线组成，但也包括新月形的开放磁力线区域。磁层是一些行星所拥有的屏蔽层，它使大部分太阳风偏转。

关于两极开放与封闭的争论已经持续了40多年。

开放磁层是指在两极附近有一些开放磁力线的行星。这些是以前封闭的线，被太阳风打破，延伸到太空而不重新进入地球。

这在木星上形成了一个区域，在那里，携带太阳磁场线的太阳风直接与行星的电离层和大气层相互作用。

在开阔的磁力线上向行星移动的太阳粒子不会引起极光，而极光主要发生在封闭的磁力线上。然而，太阳风粒子在开放场线上的能量和动量确实会转移到封闭系统。

地球的两极有一个很大程度上开放的磁层，极光发生在封闭的磁力线上。。正是这些开放线路上传输的能量会扰乱电网和通信。

为了研究木星的磁层，德拉米尔利用美国国家航空航天局“朱诺号”飞船获得的数据运行了各种模型，该飞船于2016年进入木星轨道，轨道为椭圆极轨道。

Delamere说：“我们从未获得过极地的数据，因此朱诺号在行星的极光物理方面具有变革性，并有助于进一步讨论其磁力线。”。



木星极光的特写显示了三颗卫星的极光足迹：木卫一（沿着左手边）、木卫三（靠近中心）和木卫二（木卫三足迹的正下方和右侧）。这些辐射在木星的磁场上流动。资料来源：美国国家航空航天局图片，约翰·克拉克，密歇根大学

争论始于1979年美国国家航空航天局的旅行者1号和旅行者2号飞越木星。这些数据使许多人相信，这颗行星的两极有一个普遍开放的磁层。

其他科学家认为，木星的极光活动与地球的极光活动大不相同，这表明木星的两极大多是封闭的磁层。长期研究木星磁场的Delamere在2010年发表了一篇支持这一观点的论文。

2021年，他是香港大学张斌的一篇论文的合著者，该论文通过建模表明，木星的磁层在两极有两个开放磁场线区域。

该模型显示了一组从两极出现的开放式磁力线，并在磁尾中向外拖到行星后面，磁尾是磁层中远离太阳的狭窄泪滴状部分。另一组从木星的两极出现，在太阳风的作用下飞向太空。

Delamere说：“张的结果为空场线区域提供了一个合理的解释。”。“今年，我们在Juno数据中提供了令人信服的证据来支持模型结果。

“这是对张论文的一次重大验证，”他说。

Delamere说，研究木星对更好地了解地球很重要。

他说：“从大的角度来看，木星和地球代表着光谱的两端——开放场线和封闭场线。”。“为了充分理解磁层物理，我们需要了解这两个极限。”

Delamere的证据来自“朱诺号”飞船上的一台仪器，该仪器揭示了一个极地区域，离子在该区域的流动方向与木星的旋转方向相反。

随后的建模显示，在张和Delamere在2021年的论文中提出的开放场线附近，同一区域也有类似的离子流。

Delamere的新论文总结道：“连接木星南北半球的[封闭]磁力线上的电离气体会随着行星旋转，而连接太阳风的[开放]磁力线上的电离气体则会随着太阳风移动。”

Delamere写道，开放磁力线的极性位置“可能代表了未来探索的旋转巨磁层的一个特征”

其他贡献者来自科罗拉多大学博尔德分校、约翰·霍普金斯大学、安德鲁斯大学、安布里-里德尔航空大学、香港大学、得克萨斯大学圣安东尼奥分校、西南研究所和英国O.J.Brambles咨询公司。

Delamere将于7月在明尼苏达大学的外行星磁层会议上介绍这项研究。