新研究揭示了木星奇特極光活動的秘密

極光現象持續引起科學家的興趣，無論明亮的燈光照射在地球或另一顆行星上。 這些光提供了行星磁場的組成以及磁場如何運作的線索。

關於木星的新研究證明了這一點，並增加了人們的好奇心。

阿拉斯加大學費爾班克斯地球物理研究所太空物理學教授 Peter Delamere 是由 13 名研究人員組成的國際團隊之一，他們取得了與太陽系最大行星極光相關的重要發現。

該團隊的工作發表於 2021 年 4 月 9 日的期刊上科學進步。 這篇題為「木星不尋常的磁層拓樸結構如何構造極光」的研究論文由香港大學地球科學系的張斌正撰寫； 德拉米爾是主要合著者。

使用新開發的木星磁層全球磁流體動力學模型進行的研究提供了證據，支持了先前頗具爭議和批評的觀點，該觀點是Delamere 和科羅拉多大學博爾德分校的研究員Fran Bagenal 在2010 年的一篇論文中提出的，即木星的極冠被螺紋連接在其中。磁力線，而不是完全開放的磁力線，就像我們太陽系中大多數其他行星的情況一樣。

自2000 年以來一直在研究木星的德拉米爾說：「我們作為一個群體往往會兩極分化——要么是開放的，要么是封閉的？而且無法想像一個兼具兩者的解決方案。」「但事後看來，這正是問題所在。

開放線是那些從行星發出的線，但逐漸進入遠離太陽的太空，而不是與相反半球的相應位置重新連接。

例如，在地球上，極光出現在稱為極光橢圓形的區域周圍的閉合磁力線上。 它是靠近地球磁軸兩端但不在地球磁軸兩端的高緯度環。

然而，在地球的那個環內，和太陽系中的其他一些行星一樣，有一個被稱為極冠的空點。 這是一個磁力線不相連地流出的地方，因此極光很少出現。 把它想像成你家中不完整的電路：沒有完整的電路，就沒有燈。

然而，木星有一個極冠，極光在其中令人眼花撩亂。 這讓科學家們感到困惑。

德拉米爾說，問題在於研究人員在思考木星時過於以地球為中心，因為他們對地球自身磁場的了解太多。

2016 年 7 月，美國太空總署朱諾號太空船抵達木星，提供了極冠和極光的圖像。 但這些影像以及哈伯太空望遠鏡拍攝的一些影像無法解決科學家之間關於開放線與封閉線的分歧。

因此，德拉米爾和研究團隊的其他成員使用電腦建模來尋求幫助。 他們的研究揭示了一個基本上封閉的極地區域，其中有一個小的新月形開放通量區域，僅佔極冠區域的 9% 左右。 其餘的則隨著極光而活躍，表示閉合的磁力線。

事實證明，木星的極冠中擁有開放線和封閉線的混合體。

他說：“沒有模型或沒有理解來解釋如何產生像這個模擬所產生的新月形開放通量。” “我從來沒有想到過這個問題。我認為社區中沒有人能夠想像這個解決方案。但這個模擬產生了它。”

“對我來說，這是我們理解磁層方式的重大範式轉移。”

這還揭示了什麼？ 研究人員需要做更多的工作。

德拉米爾說：“這引發了許多關於太陽風如何與木星磁層相互作用並影響動力學的問題。”

例如，木星極光活躍的極冠可能是由於木星自轉速度快（每 10 小時旋轉一次，而地球每 24 小時旋轉一次）及其巨大的磁層。 兩者都減少了太陽風的影響，這意味著極冠磁力線不太可能被撕成開放線。

木星的衛星木衛一在多大程度上影響木星極冠內的磁力線？ 艾奧與木星以電動方式相連，木星是我們太陽系中獨一無二的東西，因此它的母行星不斷剝奪重離子。

正如論文指出的那樣，「對於木星磁層的磁性結構以及它到底是什麼，目前還沒有定論。正在告訴我們它的拓撲結構。