即使經過幾十年的研究，木星的構成對科學家來說仍然是個謎。作為太陽系裡最大的行星，它的大氣層也是太陽系中規模最大的，其高度超過5000公里（3000英里），在這裡還存在著極端的溫度和壓力，此外，木星大氣層還造就了太陽系中最強大的極光。
朱諾號木星探測器於2016年7月5日抵達木星，研究木星極光現象一直是“朱諾”號探測器的主要目標之一，然而，在分析了探測器儀器收集到的數據後，約翰霍普金斯大學應用物理實驗室（以下取其英文縮寫：JHUAPL）的科學家們驚奇地發現，木星強大的磁暴與地球上的磁暴有著不同的來源。
這項研究詳細闡述了這些發現。並以“木星強大極光中的離散和寬頻電子加速”為題發表在《自然》科學雜誌上。由JHUAPL的科學家巴里·莫克領導的研究小組分析了朱諾的紫外光譜儀（UVS）和木星高能粒子探測器（JEDI）收集的數據來研究木星的極地區域。
朱諾紫外光譜儀上木星的紫外極光圖像。圖片來源：NASA/SWRI/Randy Gladstone
與地球相同的是，在木星上，極光是強烈輻射、木星磁場共同作用的結果。當帶電粒子與磁場線對齊時，它具有加速電子以高能量水平向大氣移動的作用。在檢查朱諾數據的過程中，JHUAPL團隊觀察到電子在能量水平高達40萬電子伏特的情況下朝向木星大氣加速的信號。
這大約是地球上所經受的能量水平的10到30倍，在地球上，通常只需要幾千伏就可以產生極為強烈的極光。考慮到木星擁有太陽系中最強大的極光，研究小組在木星大氣中看到如此強大的力量產生了作用並不感到意外。然而，令人驚訝的是，通過進一步分析，科學家們發現這並不是產生如此強度極光的來源。
該研究的主要負責人莫克博士也是Auk製造JEDI儀器的課題小組負責人，他在JHUAPL新聞稿中解釋道：
“在木星，最亮的那類極光是由某種我們不太清楚的湍流加速過程引起的。在我們最新獲得的數據中有跡象表明，隨著極光產生的能量密度越來越強，這個過程變得不穩定，並被一個新的加速過程接管。但我們必須持續分析這些數據才能獲得進一步的結論。”
這張圖片是用朱諾的紫外光譜儀的數據編譯而成的，圖片標記了木星極光的路徑。圖片來源NASA/SWRI/Randy Gladstone
這些發現可能對木星的研究有重大意義，木星的組成和大氣動力學仍然是一個謎。這項研究也對太陽系外的氣態巨行星和行星系統的研究有一定的意義。近幾十年來，對這些系統的研究揭示了數以百計的氣態巨星，它們的體積從小至海王星般到大至木星的許多倍（又名 “超級噴射器”）。
這些氣態巨行星在軌道上也表現出顯著的變化，從非常接近各自的“太陽”到距離中心恆星非常遙遠（即“熱木星”到“冷氣態巨行星”）。通過研究木星將帶電粒子加速的能力，天文學家將能夠對太空氣象、輻射環境以及它們給太空任務帶來的風險做出更有根據的推測。這種認知將有助於未來對木星考察的任務，也有助於對深空及星際的探索。
正如莫克所解釋的：
“我們在木星極光區觀測到的高能量令人敬畏。這些產生極光的高能粒子是瞭解木星輻射帶故事的一部分，這些輻射帶對朱諾和即將研製的前往木星的航天器任務構成了挑戰。圍繞輻射的衰弱效應進行工程設計一直是航天器工程師在地球和太陽系其他地方執行任務的挑戰。我們在朱諾數據中瞭解到的信息，以及從美國宇航局的範艾倫探測器（Van Allen Probe）和正在探索地球磁層的MMS等航天器研究的成果，將向我們揭示更多關於太空氣象以及在惡劣的太空環境中保護航天器和宇航員的知識。通過比較木星和地球，對於檢驗我們對行星物理學工作原理的看法具有非凡的價值。”
在“朱諾”號任務預定結束（原定2018年2月結束，後美國宇航局（NASA）批准了允許朱諾號木星探測器將軌道飛行任務延長41個月至2021年7月的計劃）之前，探測器很可能會揭示這個星球的組成、重力場、磁場和極磁層等諸多信息，它將有助於解決關於行星如何形成和演化的長期謎團，也將揭示更多太陽系和太陽系外的歷史的秘密。
閱讀更多 智慧IOT 的文章
