香港大學地球科學家領導新研究揭開木星極光活動的秘密

極光的出現，無論是照耀著地球還是另一顆星球，都同樣吸引科學家的注意。極光為行星磁場的組成以及磁場如何運作提供線索。香港大學地球科系張彬錚助理教授為首的國際研究團隊，對木星的極光研究有重要發現。

研究團隊使用新開發針對木星磁層的磁流體動力學模型進行研究，提供證據證明科羅拉多大學博爾德分校（University of Colorado at Boulder）的研究員在2010年的一篇論文中提出先前引起爭議和批評的想法，即是木星的極帽（polar cap）已插入部分具有閉合的磁力線，而不是完全具有開放的磁力線，就像太陽系中的大多數其它行星一樣。木星的極光揭露兩極化，無論是開放還是封閉，都無法想像這兩者兼而有之。

磁力線是從行星發出，但跳到遠離太陽的太空之中，而不是與相對的南、北半球中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區域周圍的封閉視場線上。它是地球磁軸兩端（但不在地球兩端）附近的高緯度環。

但是，在地球上的環中以及與太陽系其它一些行星一樣，極光區域有一個無極光的空點（empty spot），稱為極帽。這是一個磁場線不相連流出的地方，極光也因此而很少出現。可以將其視為家中沒有連接的電路：電路沒有接駁，所以沒有燈光。

但是，木星有一個極光帽，極光在其中閃耀。這令科學家感到困惑。美國太空總署朱諾號（Juno）太空船2016年7月抵達木星，提供了極帽和極光的圖像。但是這些圖像以及哈勃太空望遠鏡捕獲的圖像無法解決科學家之間關於開放磁力線與封閉磁力線的分歧。

因此研究小組使用電腦建立模型來尋求幫助。研究發現，極地區域封閉，極小的月牙形狀區域的磁通量，僅佔極地區域的9％。其餘的活躍在極光中，表示閉合的磁力線。

事實證明，木星在它的極地極帽中具有開放磁力線和封閉磁力線的混合，需要對了解磁層活動主要方式有所轉變。

這引發了許多關於太陽風如何與木星的磁層相互作用並影響動力學的問題。例如，木星極地活躍的極帽可能是由於行星自轉速度快（每10小時一次，而地球每24小時一次）以及它的巨大磁層有關。兩者都減少了太陽風的影響，這意味著極帽磁力線不太可能被撕開而成為開放磁力線。

【圖：美國太空總署；文：節譯自物理學機構網頁】研究全文刊登在2021年4月9日出版的《科學進展》期刊