木星独立地脉动X射线极光

根据一项利用美国宇航局钱德拉x射线和欧洲航天局xmm -牛顿天文台的新研究,木星强烈的北极光和南极光(或称极光)相互独立。

使用XMM-Newton和Chandra X射线观测从2007年3月和2016年5月和2016年6月,一支研究人员团队产生了木星的X射线排放地图(在插图中显示),并确定了每个杆子的X射线热点。每个热点都可以覆盖等于地球表面约一半的区域。

研究小组发现,这些热点具有非常不同的特征。在木星南极的x射线发射持续脉冲每11分钟,但从北极看到的x射线不稳定,亮度增加和减少——似乎独立于从南极发射。

这使得木星特别令人费解。在我们太阳系的其他气态巨行星上,包括土星,从未探测到过x射线极光。木星也不像地球,地球的北极和南极的极光通常是相互镜像的,因为磁场是相似的。

为了了解木星是如何产生x射线极光的,研究团队计划将钱德拉和xmm -牛顿天文台最新和即将到来的x射线数据与美国宇航局朱诺号探测器的信息结合起来,朱诺号探测器目前在木星的轨道上运行。如果科学家们能将x射线活动与朱诺号探测器同时观测到的物理变化联系起来,他们可能就能确定木星极光产生的过程,并将其他行星上的x射线极光联系起来。

一种理论,即X射线和juno观察可能有助于证明或反驳是木星的X射线极光是由木星磁场之间的边界的相互作用引起的,这是由行星内部的电流和太阳风产生的电流产生的,从太阳流出粒子的高速流动。太阳风和木星磁场之间的相互作用可能导致后者振动并产生磁波。带电粒子可以冲浪这些波浪并获得能量。这些颗粒与木星的大气碰撞产生了Chandra和XMM-Newton观察到的X射线的明亮闪光。在这个理论中,11分钟的间隔将代表波浪沿着木星磁场线之一行进的时间。

木星南北两极之间的差异可能是由于两极可见度的差异造成的。因为木星的磁场是倾斜的,我们可以看到更多的北极光而不是南极光。因此,对于北极,我们可以观测到磁场与多个位置相连的区域,这些区域的旅行时间不同;而对于南极,我们只能观测到磁场与一个位置相连的区域。这将导致北极的行为与南极相比显得不稳定。

一个更大的问题是,木星是如何给予其磁层(由木星磁场控制的领域)中的粒子制造x射线所需的巨大能量的?钱德拉观测到的一些x射线发射,只有在木星将氧离子加速到如此高的能量,当它们与大气剧烈碰撞时,所有的8个电子都被撕裂,才会产生。科学家们希望确定这些以每秒数千公里的速度撞击地球两极的粒子对地球本身的影响。这些高能粒子会影响木星的天气和大气层的化学成分吗?它们能解释在木星大气层某些地方发现的异常高温吗?钱德拉、xmm -牛顿和朱诺可能在未来帮助解答这些问题。

参考:“木星的北部和南射线极光的独立脉动,”威廉·伦敦大学伦敦大学学院·伦敦·伦敦·斯坦斯·埃伦斯·埃尔·埃拉斯州,2017年10月30日,自然天文学[https://www.nature.com/articles/S41550-017-0262-6]。

位于阿拉巴马州亨茨维尔的美国宇航局马歇尔航天飞行中心为位于华盛顿的美国宇航局科学任务理事会管理钱德拉项目。位于马萨诸塞州剑桥的史密森天体物理天文台控制着钱德拉的科学和飞行操作。

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