據(jù)外媒報(bào)道， 發(fā)表在《自然》上的一項(xiàng)新研究揭示了困擾天文學(xué)家數(shù)十年的木星“能源危機(jī)”的解決方案。 萊斯特大學(xué)的太空科學(xué)家跟來(lái)自日本航天局(JAXA)、波士頓大學(xué)、NASA戈達(dá)德太空飛行中心和美國(guó)國(guó)家信息通信技術(shù)研究所(NICT)的同事們合作揭示了木星大氣加熱背后的機(jī)制。

現(xiàn)在，通過(guò)利用來(lái)自夏威夷凱克天文臺(tái)的數(shù)據(jù)，天文學(xué)家繪制出了這顆氣態(tài)巨行星高層大氣的迄今為止最為詳細(xì)的全球地圖，其首次證實(shí)了木星強(qiáng)大的極光是為整個(gè)行星提供熱量的原因。

James O 'Donoghue博士是JAXA的研究員，他在萊斯特大學(xué)完成了博士學(xué)位，他是該研究論文的主要作者。他說(shuō)道：“在萊斯特大學(xué)，我們首先要開(kāi)始嘗試?yán)L制木星最高大氣層的全球熱圖。當(dāng)時(shí)，這個(gè)信號(hào)還不夠亮，還不足以顯示木星極地以外的任何東西，但憑借從那次工作中學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)，幾年后，我們?cè)O(shè)法確保了在地球上最大、最具競(jìng)爭(zhēng)力的望遠(yuǎn)鏡之一上的時(shí)間。通過(guò)利用凱克望遠(yuǎn)鏡，我們繪制了非常詳細(xì)的溫度圖。我們發(fā)現(xiàn)極光內(nèi)部的溫度開(kāi)始非常高，這是之前工作的預(yù)期，但現(xiàn)在我們可以觀察到，木星的極光盡管只占行星面積不到10%但似乎正在加熱整個(gè)行星。”

這項(xiàng)研究始于萊斯特大學(xué)，隨后在波士頓大學(xué)和NASA進(jìn)行并最后在日本的JAXA結(jié)束。來(lái)自各大洲的合作者結(jié)合NASA的朱諾號(hào)(Juno)航天器和JAXA的Hisaki航天器的數(shù)據(jù)共同努力從而使這項(xiàng)研究取得了成功。

Tom Stallard博士和Henrik Melin博士都是萊斯特大學(xué)物理與天文學(xué)院的成員。Stallard補(bǔ)充稱(chēng)：“在我們的太陽(yáng)系中，每一顆巨行星頂端的稀薄大氣層一直是一個(gè)長(zhǎng)期存在的謎題。在過(guò)去的50年里，通過(guò)對(duì)木星的每一次太空任務(wù)及地面觀測(cè)，由于赤道太熱了，所以我們一直都在測(cè)量那里的溫度。這種‘能源危機(jī)’是一個(gè)長(zhǎng)期存在的問(wèn)題--是模型未能正確地模擬出極光的熱量流動(dòng)還是赤道附近存在其他未知的熱源?這篇論文描述了我們?nèi)绾我郧八从械募?xì)節(jié)繪制這一區(qū)域的地圖，并表明，在木星，赤道加熱跟極光加熱存在直接關(guān)聯(lián)。”

當(dāng)帶電粒子被行星磁場(chǎng)捕獲時(shí)就會(huì)產(chǎn)生極光。這些螺旋沿著磁力線(xiàn)向行星的磁極旋轉(zhuǎn)、撞擊大氣中的原子和分子并釋放光和能量。

在地球上，這導(dǎo)致了形成北極光和南極光的典型光秀。在木星上，從其火山衛(wèi)星木衛(wèi)一噴出的物質(zhì)導(dǎo)致了太陽(yáng)系中最強(qiáng)烈的極光并在木星的極地地區(qū)產(chǎn)生了巨大的熱量。

盡管木星的極光長(zhǎng)期以來(lái)一直是使木星大氣層升溫的主要原因，但之前的觀測(cè)結(jié)果直到現(xiàn)在都無(wú)法證實(shí)或否認(rèn)這一點(diǎn)。

以往的高空大氣溫度圖是用只有幾個(gè)像素的圖像繪制的，這還不足以解釋地球上的溫度是如何變化的，同時(shí)也無(wú)法提供額外熱量起源的線(xiàn)索。

研究人員繪制了五幅不同空間分辨率的大氣溫度地圖，其中最高分辨率的地圖顯示了經(jīng)度2度和緯度2度的平均溫度測(cè)量值。

該團(tuán)隊(duì)對(duì)超10000個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行搜索，他們只繪制了不確定性小于5%的點(diǎn)。

氣態(tài)巨行星的大氣模型表明，它們的工作原理就像一個(gè)巨大的冰箱，熱能從赤道向極地輸送并沉積在這些極地地區(qū)的低層大氣中。

這些新發(fā)現(xiàn)表明，快速變化的極光可能會(huì)推動(dòng)能量波對(duì)抗這種向極地流動(dòng)從而使熱量到達(dá)赤道。

觀測(cè)結(jié)果還顯示，在次極光區(qū)域有一個(gè)局部加熱區(qū)域，其可以被解釋為向赤道傳播的有限熱波，而這可以作為驅(qū)動(dòng)熱傳遞過(guò)程的證據(jù)。

萊斯特大學(xué)的這項(xiàng)行星研究涵蓋了整個(gè)木星系統(tǒng)，從行星的磁層和大氣層再到到其各種各樣的衛(wèi)星收集。

據(jù)悉，萊斯特的研究人員是“朱諾號(hào)”任務(wù)的成員，該任務(wù)由一個(gè)全球天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)組成，他們正在通過(guò)即將使用的詹姆斯-韋伯太空望遠(yuǎn)鏡對(duì)木星進(jìn)行觀測(cè)。此外，萊斯特還在歐洲航天局(ESA)的木星冰衛(wèi)星探測(cè)器(JUICE)的科學(xué)和儀器方面發(fā)揮著領(lǐng)導(dǎo)作用--該探測(cè)器將于2022年發(fā)射。

關(guān)鍵詞： 天文學(xué)家 能源危機(jī) 謎題 木星