【博科园-科学科普】即使经过几十年的研究，木星的大气层仍然是科学家们的一个谜，与地球的大小一致，它的大气层是太阳系中最大的，在海拔5000公里(3000英里)的高度，在温度和压力下都有极限。最重要的是这个星球的大气经历了太阳系中最强大的极光。
2016年12月11日朱诺号宇宙飞船接近木星时，通过“朱诺紫外成像光谱仪”(Juno紫外线成像光谱仪)的滤镜重建了木星北极光的图像，越过了它的两极并向赤道方向猛冲。图片版权：NASA/JPL-Caltech/Bertrand Bonfond
研究这一现象一直是朱诺号探测器于2016年7月5日到达木星的主要目标之一。然而在分析了探测器仪器收集到的数据之后，约翰·霍普金斯大学应用物理实验室(JHUAPL)的科学家们惊讶地发现，木星强大的磁暴与地球上的磁场来源并不相同。
这项研究详细描述了这些发现，木星强大的极光中的离散和宽带电子加速度”，最近出现在科学期刊《自然》上。由JHUAPL的科学家Barry Mauk领导，研究小组分析了Juno的紫外线光谱图(UVS)和Jovian高能粒子探测仪器(JEDI)收集的数据来研究木星的极地区域。
朱诺紫外分光仪的紫外极光图像。图片版权：NASA/SwRI/Randy Gladstone
在木星上与地球一样，极光是强辐射和木星磁场的结果。当这个磁层与带电粒子保持一致时，它就会加速电子向大气中的高能级。在研究“朱诺”数据的过程中，JHUAPL团队观察到在高达40万电子伏特的能量水平上，电子加速向木星大气的信号。
这大约是地球上经历过的10到30倍，在地球上只有几千伏的电压才能产生最强烈的极光。考虑到木星拥有太阳系中最强大的极光，研究小组在行星大气层内看到如此强大的力量并不奇怪。然而令人惊讶的是，这并不是最强烈的极光的来源。
正如莫克博士在JHUAPL的一份新闻稿中解释的那样，他领导着apl -建造的绝地仪器的调查小组，并是这项研究的主要作者。
在木星上最明亮的极光是由某种我们不太了解的湍流加速过程引起的。我们最新的数据显示随着极光一代的能量密度越来越强，这个过程变得不稳定新的加速过程也就开始了。但必须继续关注数据。
利用“朱诺”紫外光谱仪的数据收集数据，这标志着朱诺对木星极光的解读。图片版权：NASA/SwRI/Randy Gladstone
这些发现可能对木星的研究有重要的影响，因为木星的构成和大气动力学一直是神秘的来源。它也对太阳系外的气态巨行星和行星系统有影响。近几十年来对这些系统的研究已经揭示出数百个从海王星大小到木星大小的气体巨行星(又称“木星”)超级木星。
这些气态巨行星在轨道上也表现出了巨大的变化，从离它们各自的太阳非常接近到非常远(例如“热木星”到“冷气体巨星”)。通过研究木星加速带电粒子的能力，天文学家将能够对空间天气、辐射环境以及它们对太空任务构成的风险做出更多有根据的猜测。
这将在未来派往木星的任务时派上用场，也可能是深空甚至是星际空间。Mauk解释说：我们在木星极光区域观测的最高能量是强大的。这些创造极光的高能粒子是理解木星辐射带的一部分，这对朱诺和即将到来的宇宙飞船任务构成了挑战。围绕辐射的削弱效应的工程一直是航天器工程师在地球和太阳系其他地方的任务的挑战。
我们在这里学到的东西以及来自美国宇航局的范艾伦探测器和正在探索地球磁气圈的MMS，将教会我们很多关于太空天气的知识，以及在恶劣的太空环境中保护宇宙飞船和宇航员的知识。对比木星和地球的过程在测试我们关于行星物理学如何运作的想法上是非常有价值的。
在“朱诺号”计划于2018年2月完成之前，探测器很有可能揭示出木星的组成、重力场、磁场和极地磁层的许多方面。在这样做的过程中它将解决长期存在的关于行星如何形成和演化的谜团，这也将揭示太阳系和太阳系外系统的历史。
参考：JHUAPL，Nature
作者：Matt Williams
编译：中子星
审校：博科园
