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【星空美图】舞动的精灵——太阳系中其他行星的极光②

来源:光明网2019-12-13 15:21

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  上一篇我们介绍了木星和土星上的美丽极光,但在地球的兄弟姐妹中,有极光的远不止它们两个,跟随我们一起继续遨游太阳系,看看其他行星中的极光吧~

  天王星

  目前科学家们研究比较多的是木星和土星上的极光,对于冰巨星天王星的极光知之甚少。最早在1986年,旅行者2号探测器飞行期间,科学家观测到了一次发生在天王星上的极光,然而直到2012年和2014年,一个由巴黎天文台的天文学家带领的小组利用安装在“哈勃”太空望远镜上的空间望远镜成像光谱仪(STIS),才对天王星极光进行了第二次观测。他们追踪到了两次太阳风爆发引起的行星际震动,然后利用“哈勃”太空望远镜捕捉到了它们对天王星极光的影响,并由此发现了天王星上迄今为止最强烈的极光。

  此外,通过观察极光随时间的变化,他们还收集了直接证据,证明这些强大的闪烁区域与天王星一起旋转,并重新发现了自1986年旅行者2号之后再也没有探测到的磁极。

【星空美图】舞动的精灵——太阳系中其他行星的极光②

  图1. 旅行者2号探测器拍摄的天王星与“哈勃”太空望远镜分别两次观测到的天王星光环与极光的合成图像 图片来源:https://www.spacetelescope.org/images/potw1714a/

  火星

  与地球上的极光不同,由于火星没有像地球那样强的磁场,所以并能将极光集中在两极附近,在火星上,太阳风暴可以造成火星全球范围的极光。

  2004年8月14日,“火星快车”(Mars Express)空间探测器上搭载的紫外和红外大气光谱仪SPICAM(Spectroscopy for the Investigation of the Characteristics of the Atmosphere of Mars)在火星南半球名为Terra Cimmeria的地区首次探测到了火星上的极光。此次发现极光的辐射区域大约30公里宽,8公里高,地理位置为东经177度,南纬52度,火星极光高度集中的形状让它在太阳系中非常特别。

【星空美图】舞动的精灵——太阳系中其他行星的极光②

  图2. 火星极光与其地壳磁场有关 图片来源:http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Mars_Express/Mars_Express_discovers_aurorae_on_Mars

【星空美图】舞动的精灵——太阳系中其他行星的极光②

  图3. 火星极光被探测到的区域—Terra Cimmeria地区 图片来源:http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Mars_Express/Mars_Express_discovers_aurorae_on_Mars

【星空美图】舞动的精灵——太阳系中其他行星的极光②

  图4. NASA火星大气与挥发物演化轨道器(MAVEN)上的载荷紫外成像光谱仪(IUVS)拍摄的2017年9月太阳风暴期间火星上突然出现的明亮极光。左右两幅图中紫白相间的部分分别表示在太阳风暴前和发生期间火星夜面(Mars' night side)所观测到的紫外线强度。如图所示,太阳风暴期间火星极光的紫外辐射突然增强,大约是之前辐射的25倍。图片来源:https://images.nasa.gov/details-PIA21855.html

  金星

  金星的极光是弥散且微弱的,是形状和强度不断变化的弥散状色斑,有时甚至会跨越整个星球。金星极光的特点正是由于金星的整体磁场非常弱,只有地球磁场的0.0015%,不可能产生类似于地球的磁层,因此太阳风强劲的电子磁场不可能与本来就不存在的金星磁层相互作用,从而产生出围绕着磁层高空、环绕极地的极光。

  1986年,美国加州大学洛杉矶分校的科学家J.L. Philips等人在《Geophysical Research Letters》杂志上发表了一篇名为《The Venus ultraviolet aurora: Observations at 130.4 nm》的论文,第一次证实了金星夜晚极光的存在。他们根据先驱者金星轨道器(The Pioneer Venus Orbiter)上搭载的紫外线光谱仪,在8年时间里获得的金星夜面(night side of Venus)的紫外线辐射数据,分析得出的。

  既然金星没有固有磁场,为何又能够产生极光呢?这是由于太阳风与金星大气的相互作用会产生流过其大气层的电流,从而创造出类似于彗星尾部那样拖得很长的微弱磁场。正是由于产生了这样的诱导磁场,所以金星的高空大气层外也会有所谓的诱导磁层出现,这样就有了类似于地球产生极光的条件。这种诱导磁场很弱,分布又相当广,而且金星大气的主要成分是二氧化碳,因此所产生的极光就不明亮且很分散,目前暂时没有公开的清晰的金星极光图片。

【星空美图】舞动的精灵——太阳系中其他行星的极光②

  图5. 驻留国际空间站的英国宇航员蒂姆•皮克(Tim Peake)2016年5月在太空拍摄的金星从地球极光中升起的照片,金星为图中亮点。图片来源:http://tech.qq.com/a/20160602/006684.htm

  结语

  每颗行星的极光各有不同,拥有着独一无二的瑰丽。唯美的极光,是宇宙带给我们的礼物,如果说去其他星球看极光太过缥缈,那么你有没有把地球上的极光列入有生之年必看系列呢?

  作者:熊雅颖,中国科学院国家天文台助理工程师,中国探月工程地面应用系统数据管理分系统成员。

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