科学探索|研究揭示复杂的电磁“拉锯战”照亮了木星的高层大气研究揭示复杂的电磁“拉锯战

莱斯特大学的一项新太空研究首次揭示了一个复杂的“拉锯战”点亮了木星上层大气的极光，该研究结合了美国宇航局（NASA）的朱诺号探测器和哈勃太空望远镜的数据。

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这项研究发表在《地球物理学研究杂志：空间物理学》上，描述了由木星的快速旋转和其卫星木卫一伊奥上的火山释放的硫和氧所驱动的微妙的电流循环。
来自莱斯特大学物理和天文学学院的研究人员使用了来自朱诺号的磁场调查（MAG）的数据，该调查从围绕这颗气态巨行星的轨道上测量木星的磁场，以及来自哈勃太空望远镜携带的太空望远镜成像光谱仪的观测。
他们的研究提供了最有力的证据，表明木星强大的极光与一个电流系统有关，该电流系统是与磁层中的物质进行“拉锯战”的一部分，磁层是由该行星的巨大磁场主导的区域。
Jonathan Nichols博士是莱斯特大学行星极光专业的讲师，也是该研究的通讯作者。他表示：

“二十多年来，我们已经有了将这些电流和木星强大的极光联系起来的理论，能够通过在数据中寻找这种关系来最终检验这些理论是如此令人兴奋。当我们将一个与另一个绘制成图时，当我看到这种联系是如此清晰时，我几乎从椅子上摔下来。”
“发现这种关系是令人激动的，因为它不仅帮助我们理解木星的磁场是如何工作的，而且也帮助我们理解围绕其他恒星运行的行星的磁场，对于这些行星，我们以前曾使用过同样的理论，现在又有了新的信心。”

尽管木星体积巨大--其直径是地球的11倍以上--但它大约每9个半小时旋转一次。
木卫一的大小和质量与地球的卫星相似，但它围绕木星运行的平均距离为422,000公里；大约远了10% 。木卫一有400多座活火山，是太阳系中地质最活跃的天体。
科学家们长期以来一直怀疑木星的极光与木卫一以每秒数百公斤的速度喷出的物质之间存在关系，但朱诺号捕获的数据证明是不明确的。

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NASA喷气推进实验室（JPL）的Scott Bolton博士是朱诺号任务的首席调查员。他说：

“这些关于木星极光如何工作的令人兴奋的结果，证明了将哈勃的地球观测与朱诺的测量相结合的力量。HST的图像提供了广泛的概述，而朱诺号则进行了近距离的调查。他们共同组成了一个伟大的团队！”

从木卫一释放出来的大部分物质被木星快速旋转的磁场推动着离开木星，当它向外移动时，它的旋转速度趋于减慢。这导致了一场电磁“拉锯战”，在这场“拉锯战”中，木星试图通过一个流经行星上层大气和磁层的电流系统来保持这些物质以其旋转速度旋转。
流出行星大气层的电流部分，由沿磁场线向下发射的电子带入大气层上部，被认为是驱动木星的主要极光发射。
然而，在朱诺号到来之前，这个想法从未被测试过，因为之前没有任何带有相关仪器的航天器在木星附近绕行。而当朱诺号在2016年抵达时，并没有报告这样一个电流系统的预期特征--虽然后来发现了这样的特征--朱诺号任务的巨大惊喜之一是表明木星极区上方的电子的性质比最初的预期要复杂得多。