韦伯望远镜揭示木星极光的新细节与奥秘

美国国家航空航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）与加拿大航天局（CSA）合作的詹姆斯·韦布空间望远镜，捕捉到了太阳系最大行星上极光的新细节。在木星上观测到的舞动极光，比地球上看到的极光要亮数百倍。凭借韦布望远镜的高灵敏度，天文学家对这一现象展开研究，以更好地理解木星的磁层。

极光的产生，是由于高能粒子在行星磁极附近进入其大气层，并与气体原子发生碰撞。木星极光不仅规模巨大，其能量也比地球极光高出数百倍。在地球上，极光是由太阳风暴引发的，即带电粒子降落在高层大气中，激发气体使其发出红、绿、紫等颜色的光。而木星极光还有另外一个来源，这颗气态巨行星强大的磁场会捕获周围的带电粒子，其中不仅包括太阳风中的带电粒子，还包括其卫星木卫一抛射到太空中的粒子。木卫一以众多大型火山而闻名，其火山喷发的粒子能够逃离卫星引力，进而环绕木星运行。太阳风暴期间，太阳释放的大量带电粒子也会抵达木星。木星强大的磁场捕获带电粒子，并将它们加速到极高速度，这些高速粒子以高能量撞击木星大气层，激发气体发光。

如今，韦布望远镜的独特能力为研究木星极光带来了新视角。该望远镜的灵敏度使天文学家能够提高快门速度，从而捕捉快速变化的极光特征。2023年圣诞节，由英国莱斯特大学乔纳森·尼科尔斯领导的科学家团队，利用韦布望远镜的近红外相机（NIRCam）获取了新数据。
乔纳森表示：“这简直是一份令人惊叹的圣诞礼物！我们原本想了解极光变化有多快，预计它可能会在大约一刻钟的时间里缓慢地出现和消失。但实际看到的是整个极光区域闪烁着光芒，有时甚至每秒都在变化。”
该团队的数据发现，三氢阳离子（H3+）的发射变化比此前认为的要大得多。这些观测结果将有助于科学家进一步了解木星高层大气的加热和冷却过程。团队在数据中还发现了一些无法解释的现象。
乔纳森补充道：“这些观测之所以更加特别，是因为我们同时还用美国国家航空航天局（NASA）与欧洲航天局（ESA）合作的哈勃空间望远镜在紫外线波段进行了拍摄。奇怪的是，韦布望远镜观测到的最亮光线，在哈勃的照片中却没有对应物。这让我们感到困惑。为了同时在韦布和哈勃的数据中看到这种亮度组合，似乎需要大量极低能量的粒子撞击大气层，就像一场毛毛雨风暴！我们仍不清楚这是如何发生的。”
该团队目前计划研究哈勃和韦布数据之间的差异，并探索其对木星大气和空间环境的更广泛影响。他们还打算通过更多韦布望远镜观测来跟进这项研究，并与美国国家航空航天局（NASA）的朱诺号航天器数据进行对比，以更好地探究神秘明亮发射的成因。这些研究成果也可能为欧洲航天局（ESA）的木星冰卫星探测器“朱诺”号提供支持，该探测器正在前往木星的途中，将对这颗气态巨行星及其三颗拥有海洋的大卫星——木卫三、木卫四和木卫二进行详细观测。“朱诺”号将使用七种独特的科学仪器，包括两台成像仪，对木星极光进行观测。这些近距离测量将帮助我们了解木星磁场与大气的相互作用，以及木卫一和其他卫星的带电粒子对木星大气的影响。
这些结果来自韦布望远镜第2周期观测计划#4566以及哈勃空间望远镜观测计划#17471的数据。研究成果于今日发表在《自然·通讯》杂志上。