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行星都有极光吗?(下)


□ 张邦维

  笔者在上一期描述和讨论了金星、火星和木星的极光后,读者自然就会想到其他三颗地外行星——土星、天王星和海王星——是不是也有极光呢?如果有的话,它们的极光又是什么样子呢?都各自有哪些特点?现在的观测和研究工作进行到什么程度了?还有哪些问题有待进一步探索?下面让我们来一一细说。

  形态奇特的土星极光

  根据先锋11号飞船与1979年美国航空航天局( NASA)和英国联合发射的国际紫外光探测器( IUE)的观测结果,科学家曾猜测土星存在极光。但直到1980年1月,旅行者号探测器才真正首次探测到土星的极光活动。1981年,旅行者号又第一次确定地探测到土星的紫外光极光。美国南加州大学的Broadfoot等人在《科学》和《自然》杂志上发表了这些结果,他们发现在土星南北极近80。的高纬度狭窄的极区内,存在着氢原子和分子的极光辐射。迄今,人们已经观测到土星的紫外光、红外光和无线电波长范围的极光,还在2009年底发现了土星可见光极光,但尚未发现X射线极光。2010年,一组专门从事X射线极光研究、来自NASA、英国、印度和西班牙的学者撰文认为,“至今之所以没有观测到土星X射线极光,是因为其强度低于目前所有探测仪器的下限,因而无法被测定到”。他们希望欧洲太空局( ESA)、NASA等共同设计并建造的下一代、更为强大的国际X射线观测站( IXO),能达到10—17尔格/(厘米z.秒)的灵敏度,进而增大探测出土星X射线极光的几率。

  迄今,我们对于土星极光到底了解到什么程度了呢?1997年10月,NASA利用哈勃太空望远镜( HST)上的图像光谱仪第一次拍摄到了土星两极的紫外光极光图像。当时土星距地球13亿千米。强劲的太阳风扫过土星,与其大气层中的粒子剧烈碰撞而产生极光,这与地球极光的产生机制相似,但它是人眼不可见的,只有在太空中通过紫外光拍摄才能被人们发现。

  为了弄清土星的极光是否与地球极光一样,2004年1月,当卡西尼(Cassini)号探测器接近土星南极时,NASA指挥其与HST进行联合监测,由HST拍摄紫外光照片,Casslm记录无线电信号和监测太阳风。1月24日、26日和28日拍摄的3张土星南极紫外光极光图像清楚地记录了极光的动态变化:极光逐渐变强,但并不是很快。科学家发现,土星与地球极光的相似处在于土星的紫外光极光也是围绕着土星磁极的椭圆或环状线;不同的则是,土星极光能持续数天,而地球极光只有数分钟。而且,与地球和木星的极光相比,土星极光更易受到太阳风的调控。2005年,美国波士顿大学的Clarke等人在《自然》上发表文章,他们比较了土星紫外光极光与地球极光和木星紫外光极光的形态后得出结论:土星极光与后两者的基本不相同。

  2006年11月10日和2008年6月5日,Casslm分别在距土星表面106万千米处和60万千米处,利用可见光和红外光图像光谱仪拍摄到了奇特的土星红外光极光和红外云层图像。极光不仅非常明亮,而且覆盖的区域很大,明显地向赤道扩展。英国莱切斯特大学的Stallard说:“我们从来没有在其他地方见过这样的极光,它不像地球和木星的极光那样仅仅是极光椭圆,而是覆盖了极区的庞大区域。按照现有的土星极光的形成理论,这些地区应当是空的,所以在这些地区发现如此明亮的极光是令人极为惊奇的。”这就清楚地告诉了人们,土星磁层以及它与太阳风和土星大气层之间的相互作用,必然有其特殊且尚未被人们所了解的东西。2008年11月13日,Stallard等人在《自然》杂志上发表文章指出,现有的理论无法解释这一特殊的极光,需要更多的观测和研究才能弄清楚。

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摘自:大自然
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