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國家信息通信技術(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，通過利用來自夏威夷凱克天文臺的數(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。他說道：“在萊斯特大學(xué)，我們首先要開始嘗試?yán)L制木星最高大氣層的全球熱圖。當(dāng)時(shí)，這個信號還不夠亮，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，我們設(shè)法確保了在地球上最大、最具競爭力的望遠(yuǎn)鏡之一上的時(shí)間。通過利用凱克望遠(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。來自各大洲的合作者結(jié)合NASA的朱諾號(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：“在我們的太陽系中，每一顆巨行星頂端的稀薄大氣層一直是一個長期存在的謎題。在過去的50年里，通過對木星的每一次太空任務(wù)及地面觀測，由于赤道太熱了，所以我們一直都在測量那里的溫度。這種‘能源危機(jī)’是一個長期存在的問題--是模型未能正確地模擬出極光的熱量流動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捕獲時(shí)就會產(chǎn)生極光。這些螺旋沿著磁力線向行星的磁極旋轉(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。

盡管木星的極光長期以來一直是使木星大氣層升溫的主要原因，但之前的觀測結(jié)果直到現(xiàn)在都無法證實(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)也無法提供額外熱量起源的線索。

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度的平均溫度測量值。

該團(tuán)隊(duì)對超10000個獨(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推動能量波對抗這種向極地流動從而使熱量到達(dá)赤道。

觀測結(jié)果還顯示，在次極光區(qū)域有一個局部加熱區(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)動熱傳遞過程的證據(jù)。

萊斯特大學(xué)的這項(xiàng)行星研究涵蓋了整個木星系統(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”任務(wù)的成員，該任務(wù)由一個全球天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)組成，他們正在通過即將使用的詹姆斯-韋伯太空望遠(yuǎn)鏡對木星進(jìn)行觀測。此外，萊斯特還在歐洲航天局(ESA)的木星冰衛(wèi)星探測器(JUICE)的科學(xué)和儀器方面發(fā)揮著領(lǐng)導(dǎo)作用--該探測器將于2022年發(fā)射。

關(guān)鍵詞： 天文學(xué)家 能源危機(jī) 謎題 木星