新研究顯示了木星的旋轉(zhuǎn)極光，揭示了木星衛(wèi)星木衛(wèi)一和木衛(wèi)三留下的復(fù)雜足跡。當(dāng)木星的衛(wèi)星圍繞著這顆氣態(tài)巨行星運(yùn)行時(shí)，它們與它強(qiáng)大的磁場(chǎng)相互作用，影響著形成于行星兩極的電子極光。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝到了四顆伽利略衛(wèi)星經(jīng)過時(shí)留下的亮點(diǎn)和軌跡——最遠(yuǎn)的衛(wèi)星木衛(wèi)四足跡今年終于被確定下來。但是哈勃望遠(yuǎn)鏡(以及地球)對(duì)木星的觀測(cè)使得它很難清晰地看到行星的兩極，而且距離也不允許有足夠好的分辨率。
在巨大木星上不斷發(fā)光的藍(lán)色極光，圖片：NASA/ESA/John Clarke (University of Michigan)
因此，科學(xué)家們需要一個(gè)不同的視角來深入研究這些腳印。美國(guó)宇航局的“朱諾”號(hào)宇宙飛船進(jìn)入太空，目前它正在環(huán)繞木星運(yùn)行，研究人員可以近距離觀察這顆氣態(tài)巨星。朱諾號(hào)Jovian紅外極光繪圖儀(JIRAM)的新圖像顯示，衛(wèi)星的極光足跡比之前認(rèn)為的要復(fù)雜得多，而且是為各個(gè)衛(wèi)星量身定制的。
漩渦背后的木衛(wèi)一
當(dāng)木星的衛(wèi)星穿過圍繞著它的帶電粒子——等離子體時(shí)，研究人員認(rèn)為等離子體與木星的磁場(chǎng)相互作用，在木星的電子極光中激發(fā)出一些特征。這些極光是肉眼看不到的，但可以通過紅外線和紫外線傳感器探測(cè)到。每?jī)蓚€(gè)月，朱諾號(hào)就會(huì)在木星的兩極附近擺動(dòng)，使朱諾的極光儀器有機(jī)會(huì)在近一個(gè)小時(shí)內(nèi)觀察極光。這項(xiàng)新研究的第一作者、意大利國(guó)家天體物理研究所研究員亞歷山德羅·穆拉(Alessandro Mura)說：在2017年9月的8號(hào)軌道上，我們決定仔細(xì)觀察，非常非常非常接近木衛(wèi)一的足跡，我們沒有期待任何特別的東西，因?yàn)榈侥壳盀橹箾]有特別的理由去期待任何不同于大地點(diǎn)的東西。
在木星的極光中，木衛(wèi)一的足跡就像馮·卡曼漩渦街(Von Karman vortex street)，這是一種流體通過圓柱形物體流動(dòng)時(shí)形成的圖案。圖片：Caesario de La Rosa Siqueira/Wikimedia Commons
但他們發(fā)現(xiàn)令人驚訝的是：木衛(wèi)一并沒有形成一個(gè)大的點(diǎn)，而是形成了一個(gè)漩渦，漩渦從足跡的“尾巴”上盤旋而下，就像圓柱形物體穿過流體時(shí)形成的漩渦。這一模式在微信經(jīng)過數(shù)百公里后，在每62英里(100公里)左右的交替方向上留下一個(gè)斑點(diǎn)，10個(gè)或更多的點(diǎn)。Mura指出，這只是在物理上與目前的流體動(dòng)力學(xué)模式相似——研究人員還沒有模型來解釋為什么木衛(wèi)一在木星的磁場(chǎng)中旅行會(huì)引發(fā)這種特殊模式。
木衛(wèi)一是距離木星最近的衛(wèi)星，它的足跡最為強(qiáng)烈。木衛(wèi)一離得很近，追蹤從木衛(wèi)一到木星的磁場(chǎng)是了解磁場(chǎng)的一個(gè)非常有力的工具。木星強(qiáng)烈的等離子體場(chǎng)(木衛(wèi)一似乎對(duì)此有貢獻(xiàn))也在這個(gè)印記中起了作用。當(dāng)他們研究木衛(wèi)三足跡時(shí)，研究人員也發(fā)現(xiàn)了一些不尋常的現(xiàn)象：看到的不是一個(gè)點(diǎn)，而是兩個(gè)點(diǎn)之間相隔約100公里——一個(gè)前所未見的雙重足跡。這一特征可能反映了衛(wèi)星獨(dú)特之處，只有一個(gè)微信有它自己的磁場(chǎng)，那就是木衛(wèi)三。
在木衛(wèi)三我們看到的不是微信本身與木星的等離子體相互作用，看到了木星磁層與另一個(gè)磁層之間的相互作用。木衛(wèi)一復(fù)雜的腳印為研究人員提供了更好地了解月球與木星周圍等離子體相互作用的難得機(jī)會(huì)，而木衛(wèi)一的腳印也給了他們一個(gè)重要的觀察機(jī)會(huì)：這是我們第一次通過觀察木衛(wèi)二在木星上方的投影，獲得了木衛(wèi)二磁層大小的圖像。
幸運(yùn)的突破
這張木星上極光的圖像是由哈勃太空望遠(yuǎn)鏡在2016年拍攝的紫外觀測(cè)和2014年拍攝的這顆行星可見光圖像合成的。圖片：NASA, ESA, and J. Nichols (University of Leicester)
從極光獲取更多的數(shù)據(jù)——包括分析其他伽利略衛(wèi)星的足跡——是未來研究的簡(jiǎn)單部分。畢竟“朱諾”號(hào)已經(jīng)準(zhǔn)備越過木星的兩極，進(jìn)行更多的軌道運(yùn)行，為分析提供了大量的機(jī)會(huì)。但重要的是正在完善我們的目標(biāo)，因?yàn)閷?shí)際上，這些腳印并不是我們預(yù)期的那樣，因?yàn)榇艌?chǎng)模型需要改進(jìn)。我們有機(jī)會(huì)觀察到木衛(wèi)一腳印，這是非常幸運(yùn)的，因?yàn)槲覀冊(cè)诘谝淮卧谲壍?號(hào)軌道上拍攝的時(shí)候就發(fā)現(xiàn)了它們……很有可能錯(cuò)過1000公里(600英里)的足跡?，F(xiàn)在我們有了更好的模型和更好的理解，可以嘗試擁有更好的圖像。”這些圖像將告訴研究人員更多關(guān)于這個(gè)巨行星以及經(jīng)過它磁場(chǎng)的衛(wèi)星。
博科園-科學(xué)科普｜文：Sarah Lewin/Space
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