首次在天王星上侦测到红外线极光

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  科学家从近20年的数据中终于证实天王星北部地区有红外线极光的存在,这项发现或许还能解释为什么这颗行星距离太阳如此之远,温度却比它应有的温度高得多。包括天王星在内的所有气态巨行星的温度若仅在受到太阳的加热下,都比模型预测的温度高出摄氏数百度。为什么这些行星比预期的温度高得多?有一种理论认为高能极光是造成此现象的原因,它产生热量并将热量向下推向磁赤道。高能粒子通常沿着磁力线向行星加速,并与粒子(通常是行星大气层中的粒子)发生相互作用,当它们落在行星上时,就会产生极光。尽管它们在不同的星球上看起来会有很大的不同,但这绝非地球独有的现象,如木星强大而永久的极光在紫外线下闪耀;火星上的极光也是如此;金星上的极光与地球相似;而水星没有大气层,因此它的极光表现为来自表面发射X射线萤光的矿物中。

天王星上红外线极光出现位置的视觉化。Visualization of where the infrared aurora appears on Uranus. (NASA, ESA and M. Showalter/SETI Institute; University of Leicester)
图说:天王星上红外线极光出现位置的视觉化。图片来源:NASA, ESA and M. Showalter/SETI Institute; University of Leicester

  自1986年以来,我们就知道天王星上存在紫外线极光,甚至可能还存在X射线成分,科学家认为它也一定有红外线极光,就像在木星和土星上看到的那样。尽管他们自1992年以来就一直在寻找,但其证据却难以捉摸。2006年,研究团队使用凯克天文台近红外光谱仪NIRSPEC(Near InfraRed SPECtrograph)对天王星进行长达6小时的观测,仔细研究了224幅影像,寻找一种特定粒子——电离三氢阳离子 (H3+) 的迹象,此粒子的发光强度会随着温度的变化而改变,这表示它可以用来测量物体的冷热程度。研究人员在观测数据中发现H3+的密度明显增加,但却没有改变行星大气层的温度,这与天文学家预期红外线极光的存在引起的电离一致,因此,他们认为此特征表示在天王星的大气层中发现红外线极光。

  迄今为止发现的大多数系外行星都属于亚海王星(sub-Neptune),在物理尺寸上与海王星和天王星相似,这表示可能具有类似的磁场和大气特征。透过分析与行星磁场和大气直接相关的天王星极光,将有助于了解这些世界的大气和磁场,从而预测它们是否适合生命存在。研究团队表示此研究结果将继续扩大我们对冰巨行星极光的了解,并加强我们对太阳系、系外行星甚至对地球磁场的理解。相关研究成果发表于《自然·天文学》期刊上。(编译/台北天文馆赵瑞青)

资料来源:Science Alert

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