【原】神秘極光，奇特冰巨星，天王星的面紗終被揭開？

天文在線 2023-04-08 發(fā)布于云南

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磁極傾斜，極光秘密，天王星到底有哪些獨(dú)特之處？

紅外光譜成像，自轉(zhuǎn)周期匹配觀測(cè)，天王星的神秘極光圖能否被一窺奧妙？

科學(xué)家繪制了迄今為止最詳盡的天王星神秘極光地圖

天王星上的極光以意想不到的方式運(yùn)轉(zhuǎn)。（圖片來源: 萊斯特大學(xué)）

科學(xué)家首次利用紅外光譜拍攝了整顆天王星，希望借此揭開這顆行星有關(guān)其神秘極光和奇異磁場(chǎng)的面紗。

由英國(guó)帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在上周公開直播的三天活動(dòng)中做到了這一點(diǎn)，舉世見證。來自英國(guó)萊斯特大學(xué)的科學(xué)家們借助了美國(guó)宇航局在夏威夷的紅外望遠(yuǎn)鏡設(shè)備對(duì)這顆繞日運(yùn)行距離是地球19倍的奇怪冰巨星進(jìn)行了觀測(cè)。

就像在地球上一樣，天王星上的極光是受太陽(yáng)風(fēng)（由太陽(yáng)發(fā)射出的帶電粒子流）與行星磁場(chǎng)間的相互作用引起的。但由于天王星和我們的星球有諸多不同，這些極光和地球上著名的北極光、南極光呈現(xiàn)出很大的差異。

例如，天王星旋轉(zhuǎn)的軸幾要垂直于太陽(yáng)。這意味著這顆行星基本上是在其一側(cè)繞日旋轉(zhuǎn)，而兩極則幾乎直面恒星持續(xù)了整整四分之一的行星年，延續(xù)了84個(gè)地球年。

此外最重要的是，天王星的磁極與其地理極不一致，并非與地球、木星或土星一般，而是傾斜了60度。因此，天王星的極光不會(huì)照亮兩極上空，而是落腳在非常奇怪的地方。

“北極光實(shí)際上是從北半球向赤道延伸，甚至?xí)?jīng)過南半球?！必?fù)責(zé)這次觀測(cè)的萊斯特大學(xué)天文學(xué)博士生艾瑪 · 托馬斯告訴《太空網(wǎng)》，“如果你想繪制極光地圖，不能只看行星的頂部，而必須看遍它的整個(gè)表面?！?/p>

為了拍攝整顆天王星的表面，科學(xué)家們將觀測(cè)配比成三個(gè)八小時(shí)的窗口期，分三天進(jìn)行。

他們必須計(jì)算每個(gè)觀測(cè)窗口的時(shí)間，以便與天王星17小時(shí)的自轉(zhuǎn)周期相匹配。一旦結(jié)合這些數(shù)據(jù)，將得到最詳細(xì)的遙遠(yuǎn)行星表面的紅外光譜圖。

“我們想知道天王星上哪里是明亮的部分?！蓖旭R斯說，“天王星本身將在當(dāng)日的輝光中被照亮。而任何高于這個(gè)水平的東西，都是由內(nèi)部熱過程或者極光引起的。通過測(cè)量天王星上方的粒子密度，我們就能辨別主因是什么?！?/p>

科學(xué)家運(yùn)用紅外光譜對(duì)冰巨星天王星進(jìn)行了最詳細(xì)的測(cè)量。（圖片來源: 萊斯特大學(xué)）

此前，天王星的表面只能在紫外光譜中成像。1986年，美國(guó)宇航局執(zhí)行旅行者2號(hào)任務(wù)時(shí)曾短暫地掠過這顆行星，拍攝了第一張也是迄今為止唯一一張這顆奇怪行星表面和周圍環(huán)境的近距離照片。在2011年，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡首次在天王星表面上探測(cè)到了極光，發(fā)現(xiàn)每一個(gè)覆蓋的區(qū)域都比地球要大。

“但科學(xué)家對(duì)這些極光和它背后的驅(qū)動(dòng)力仍知之甚少。”托馬斯說。

“我們依舊未完全了解天王星的磁層及其與太陽(yáng)風(fēng)相互作用的現(xiàn)象?！?托馬斯接道。磁層是行星周圍的一個(gè)區(qū)域，受磁場(chǎng)所支配?！巴ㄟ^繪制極光圖，我們可以更好地掌握太陽(yáng)風(fēng)與磁層的相互作用情況，從而更好地了解磁力線是如何定位的。”

2017年的一項(xiàng)研究表明，科學(xué)家們了解到天王星上的磁場(chǎng)在以一種相當(dāng)奇怪的方式運(yùn)行，它的磁力線在一天之內(nèi)頻繁斷開卻又重新接合。

了解這些極光是如何在一日內(nèi)瞬息轉(zhuǎn)變，可以為研究這個(gè)不穩(wěn)定磁場(chǎng)的運(yùn)行機(jī)制提供新的見解，托馬斯如此言。

然而，極光不僅跟著一天中的時(shí)間在變化，還伴隨一年中的季節(jié)而變，這取決于行星的哪一面當(dāng)下被太陽(yáng)照亮，哪一面又沉溺在黑暗中。但是因?yàn)樘焱跣抢@日一周需要84個(gè)地球年，科學(xué)家們對(duì)這些季節(jié)性變化的了解，只能憑借極其緩慢的進(jìn)度建立起來。

“目前，我們只有大約一個(gè)季度的天王星價(jià)值數(shù)據(jù)，”托馬斯談及，“我們此刻以及未來20到40年間所能收集到的一切信息，對(duì)于能夠完全理解這顆星球的極光是如何運(yùn)作的有至關(guān)重要的作用?！?/p>

BY: Tereza Pultarova

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