天文学家使用詹姆斯·韦伯太空望远镜发现一颗褐矮星上可能的极光迹象

虾仔123

（）据美国宇航局（韦伯望远镜小组）：甲烷的红外辐射表明了极光过程对大气的加热。

天文学家使用美国国家航空航天局的詹姆斯·韦伯太空望远镜发现了一颗褐矮星(比木星大但比恒星小的物体)，它具有甲烷的红外发射，可能是由于其上层大气中的能量。这是一个意外的发现，因为褐矮星W1935很冷，缺乏宿主星；因此，高层大气能量没有明显的来源。研究小组推测甲烷的排放可能是由于产生极光的过程。

这些发现在新奥尔良举行的第243届美国天文学会会议上公布。

为了帮助解释甲烷红外辐射的奥秘，研究小组转向了我们的太阳系。甲烷排放是木星和土星等气态巨行星的常见特征。为这种发射提供能量的高层大气加热与极光有关。



这幅艺术家概念图描绘了距离地球47光年的褐矮星W1935。天文学家使用美国国家航空航天局的詹姆斯·韦伯太空望远镜发现了来自W1935的甲烷红外辐射。这是一个意想不到的发现，因为褐矮星很冷，缺少宿主星；因此，没有明显的能源来加热它的上层大气并使甲烷发光。研究小组推测甲烷排放可能是由于产生极光的过程，这里显示为红色。图像：美国国家航空航天局、欧空局、加空局和L. Hustak (STScI)

在地球上，极光是当从太阳吹向太空的高能粒子被地球磁场捕获时产生的。它们沿着地球两极附近的磁场线泻入我们的大气层，与气体分子碰撞，形成诡异的、舞动的光幕。木星和土星有类似的极光过程，包括与太阳风的相互作用，但它们也从附近的活跃卫星如木卫一(木星)和土卫二(土星)获得极光贡献。

对于像W1935这样孤立的褐矮星来说，缺乏恒星风来促进极光过程，并解释甲烷排放所需的高层大气中的额外能量是一个谜。该小组猜测，要么是像木星和土星的大气现象这样的未解释的内部过程，要么是与星际等离子体或附近活动卫星的外部相互作用，可能有助于解释这种排放。

侦探小说

极光的发现就像一个侦探故事。由纽约美国自然历史博物馆的天文学家杰基·法赫蒂领导的一个小组获得了用韦伯望远镜研究12颗冷褐矮星的时间。其中包括w 1935——一个由公民科学家丹·卡塞尔登发现的物体，他与后院世界动物宇宙项目合作——和W2220，一个由美国国家航空航天局的宽视场红外巡天探测器发现的物体。韦伯非常细致地揭示了W1935和W2220在成分上似乎是彼此的克隆体。它们还具有相似的亮度、温度以及水、氨、一氧化碳和二氧化碳的光谱特征。引人注目的例外是W1935显示出甲烷的排放，这与在W2220观察到的预期吸收特征相反。这是在韦伯特别敏感的独特红外波长上观察到的。

“我们期望看到甲烷，因为甲烷遍布这些褐矮星。但是我们看到的不是吸收光线，而是相反的情况:甲烷在发光。我的第一个想法是，管它呢？为什么甲烷会从这个物体中释放出来？”法赫蒂说。

该小组使用计算机模型来推断排放背后的原因。建模工作表明，W2220在整个大气层中具有预期的能量分布，随着高度的增加变得更冷。另一方面，W1935有一个令人惊讶的结果。最好的模型支持逆温，即大气随着高度的增加而变暖。英国赫特福德郡大学的合著者、此项工作的主要建模者本·伯恩汉姆说:“这种逆温现象真令人费解。”。“我们在附近有一颗恒星可以加热平流层的行星上看到过这种现象，但在没有明显外部热源的物体上看到这种现象是很疯狂的。”



天文学家利用美国国家航空航天局的詹姆斯·韦伯太空望远镜研究了12颗冷褐矮星。其中两个——w 1935和w 2220——在成分、亮度和温度上看起来几乎是孪生的。然而，W1935显示了甲烷的排放，与在W2220观察到的预期吸收特征相反。研究小组推测甲烷的排放可能是由于产生极光的过程。图像：美国国家航空航天局、欧空局、加空局和L. Hustak (STScI)

来自我们太阳系的线索

为了寻找线索，研究小组在我们自己的后院，也就是我们太阳系的行星中寻找。这些气态巨行星可以作为40多光年外W1935大气中正在发生的事情的代表。

该小组意识到，温度逆转在木星和土星这样的行星上非常突出。目前仍在努力了解它们平流层加热的原因，但太阳系的主要理论涉及极光的外部加热和来自大气层深处的内部能量传输(前者是主要的解释)。

背景中的褐矮星极光候选者

这不是第一次用极光来解释褐矮星的观测结果。天文学家已经探测到来自几颗较暖的棕矮星的无线电辐射，并认为极光是最可能的解释。为了进一步描述这一现象，科学家们用凯克天文台这样的地基望远镜对这些发出无线电波的褐矮星的红外信号进行了搜索，但没有得出结论。

W1935是太阳系外第一个具有甲烷排放特征的极光候选者。它也是太阳系外最冷的极光候选，有效温度约为400华氏度(200摄氏度)，比木星高出约600华氏度。

在我们的太阳系中，太阳风是极光过程的主要贡献者，像木卫一和土卫二这样的活跃卫星分别对木星和土星这样的行星起着作用。W1935完全没有伴星，因此恒星风不能促成这一现象。一颗活跃的卫星是否在W1935上的甲烷排放中起作用还有待观察。

“通过W1935，我们现在有了一个太阳系现象的壮观扩展，没有任何恒星辐射来帮助解释。”法赫蒂指出。“有了韦伯，我们可以真正‘打开化学的盖子’,解开极光过程在我们太阳系之外是多么相似或不同，”她补充道。

詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的太空科学天文台。韦伯正在解开我们太阳系的谜团，观察其他恒星周围的遥远世界，探索我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置。Webb是由美国国家航空航天局及其合作伙伴ESA(欧洲航天局)和加拿大航天局领导的一个国际项目。