国际研究小组日前解释了困扰科学家40年的木星X射线极光的成因

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由中国科学院地质与地球物理研究所尧中华领导的一个国际研究小组日前解释了困扰科学家40年的木星X射线极光的成因。这些发现发表在了2021年7月9日的《Science Advances》上。 这是行星研究人员首次描述木星X射线极光耀斑的整个因果链。木星产生X射线极光耀斑的机理可能在X射线天文学中有着潜在的应用价值。

X射线极光光谱可以告诉我们,这些极光是由能量在百万电子伏特范围内的重离子产生的。但它们是如何形成的以及为什么这些离子会进入木星的大气层此前却都是未知的。

为了了解跟木星极地辐射相关的能量过程,研究人员在过去四年里组织了一系列改变地球观测模式的活动,同时ESA旗舰X射线天文台XMM-Newton和NASA的朱诺号展开了现场测量。

通过利用这些工具,研究人员得以探测到这一现象背后的物理现象并揭示引发行星产生X射线极光的过程。

这项研究的论文第一作者尧中华指出:“这跟地球上产生离子极光的过程惊人地相似,这表明,尽管时间、空间和能量尺度上有数量级的不同,但所有行星系统中的离子极光都有具有共同的产生机制。”

这项研究的负责人之一、伦敦大学学院的Willaim Dunn指出:“我们在朱诺号的数据中看到的是这一系列美丽的事件。我们知道极光离子储存在磁层中,而这些磁层来源于木星卫星木卫一的火山活动。在磁层中,现在我们看到磁压缩发生、电磁离子回旋波被触发、离子,然后离子脉冲沿着场线运动。几分钟后,XMM看到了X射线的爆发,”

值得注意的是,木星的X射线极光耀斑通常跟紫外线极光耀斑相关,而紫外线是最常见的极光形式。事实上,后者的研究可能会受益于通过这项研究获得的丰富的哈勃太空望远镜数据。“木星X射线过程的发现可能对我们理解令人惊叹的紫外光极光耀斑有意义,”该研究的论文合著者、来自列日大学的Denis Grodent说道。

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