太空科學家揭開木星大氣加熱的背後機制

英國萊斯特大學（University of Leicester）的太空科學家與來自日本宇宙航空研究開發機構、美國波士頓大學、美國太空總署戈達德太空飛行中心和日本國立研究開發法人情報通信研究機構的同事合作，揭開木星大氣加熱背後的機制。

現在，天文學家利用夏威夷凱克天文台（Keck Observatory）的數據繪製這顆氣態巨大行星高層大氣的最詳細的整體地圖，首次證實木星強大的極光負責提供木星整個大氣範圍的熱量。

在製作木星非常詳細的溫度圖時，發現極光內的溫度開始非常高，正如之前的工作所預期的那樣，現在我們可以觀察到木星的極光，儘管它佔不到一成的木星面積，但是似乎正在加熱整個木星的大氣層。

我們太陽系內每顆巨大行星頂部的稀薄大氣層中，一直存在著一個謎團，在過去的五十年裡，隨著每次木星探測任務以及地面觀測，我們一直在測量赤道溫度太熱。這個問題是否未能正確模擬極光的熱量流動方式，或者赤道附近是否存在其他未知的熱源？

研究發現，在木星赤道加熱與極光加熱直接相關。當帶電粒子由木星磁場捕獲時，就會出現極光。它們沿著磁場線向木星的磁極盤旋，撞擊大氣中的原子和分子以釋放光和能量。

在地球上，這導致形成北極光和南極光。在木星，從擁有活火山的木衛一（Io）噴出的物質導致太陽系中最強大的極光和極地區域的巨大熱量。

儘管木星極光長期以來一直是加熱這顆行星大氣層的主要候選者，但此前的觀測一直無法證實或否認這一點。以前的高層大氣溫度圖是使用僅由幾個像素組成的圖像形成的。這不足以了解木星上溫度如何變化，因此幾乎沒有提供額外熱量來源的線索。

研究人員建立五張不同分辨率的大氣溫度分佈圖，其中最高分辨率的溫度分佈圖顯示兩度乘兩度的經、緯度正方形平均溫度測量值。該團隊搜索了一萬多個單獨的數據點，繪製了不確定性低於5%的分佈點。

氣態巨行星的大氣模型顯示它們像一個巨大的冰箱一樣工作，熱能從赤道向極地吸收，並沉積在這些極地地區的低層大氣中。

新發現顯示，快速變化的極光可能會推動能量波對抗這種極地流動，從而使熱量到達赤道。

觀測還顯示了亞極光區域的局部加熱區域，可以解釋為向赤道傳播的有限熱波，這可以解釋為「驅動熱傳遞」過程的證據。

萊斯特大學的行星研究跨越木星系統的範圍，從行星的磁層和大氣層，到它的多樣化衛星結構。

【圖：日本宇宙航空研究開發機構/美國太空總署；文：節譯自英國萊斯特大學2021年8月4日新聞公佈】 研究全文刊登在2021年8月4日出版的《自然》期刊 標題是：Global upper-atmospheric heating on Jupiter by the polar aurorae