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地球、土星、褐矮星,谁家的极光最壮丽



图片来源: NASA


地球


地球的磁场将太阳风和日冕物质抛射所携带的带电粒子汇集到地球的南极和北极,带电粒子与大气中的氧分子或原子碰撞时会产生红色或者黄绿色的光芒,而氮分子或原子被激发电离后则会发射出蓝色的光芒,这些光芒照亮天空,形成极光。当国际空间站(International Space Station)在2011年掠过北大西洋东部上空时,宇航员拍下了这张北极光闪烁在英格兰和爱尔兰城市夜光之上的照片。





图片来源: NASA/JPL-CALTECH


火星


欧洲空间局的“火星快车”号探测器于2005年首次在这颗红色行星上发现极光。和地球不同,火星现在已经没有全球性磁场了,但是在40亿年之前的一段短暂的时期中,它曾经拥有过全球性磁场。而当那时熔融的磁性物质冷却凝固后,残留下来的磁场就散落保存在各地。所以现在的火星,尤其是它的南半球,有许多从行星表面“绽放”出来的伞形磁场。任意一个伞形的磁场都可以截获太阳风中的带电粒子,并产生极光。目前探测器只发现了紫外光波段的极光,但是最近的极光模拟实验显示,火星极光也许同样会产生可见光。若果真如此,那未来的人类殖民者说不定会在这颗红色星球上看到上图中艺术家所渲染的火星极光。





图片来源: NASA, ESA, J. Clarke (Boston University), and Z. Levay (STScI)


土星


太阳风中携带的带电粒子与土星大气中的氢原子和分子发生碰撞,释放出紫外光。我们只能用望远镜和探测飞船来欣赏这一极光表演。上图是由哈勃空间望远镜于2004年拍摄的土星南极的紫外光照片(蓝色的部分就是紫外光辐射)叠加在一张土星的可见光照片上而来的。与地球上仅仅持续数分钟的极光不同,土星的极光可以持续好几天。





图片来源: John Clarke, Denis Grodent, ESA, and NASA


木星


在木星上,由于太阳风影响,极光始终存在,且比地球上的明亮数千倍。另外,木星和它的主要卫星之一——木卫一之间的相互作用偶尔也会在木星上制造出异常明亮的极光风暴。木卫一上的火山将云状的带电原子和电子喷射到木星周围的星际空间中,这些物质进而被木星强烈的磁场俘获并产生耀眼的极光,其中主要是肉眼不可见的紫外光和X射线。直到褐矮星LSR J1835+3259上的极光活动被发现之前,木星一直保持着最强极光的记录。上图由哈勃空间望远镜于2000年拍摄。





图片来源: NASA, ESA, and L. Lamy (Observatory of Paris, CNRS, CNES)


天王星


这张图片是由哈勃空间望远镜观测到的天王星的可见光和紫外光图像,与“旅行者”2号飞船在1986年掠过天王星时拍摄的行星盘图像叠加在一起所形成的。哈勃空间望远镜在2011年11月拍摄下这些照片,此时正值太阳活动的增强期,一束太阳风粒子的急流引起的极光照亮了这颗行星。一眼看去,极光在行星盘上的位置可能有些奇怪,它们根本就不在行星的极点附近。原来,不同于直穿过地球的地磁场,天王星的磁轴偏离它的旋转轴达到60度之多,所以它的极光也不会出现在行星的地理南北极。





图片来源: Chuck Carter and Gregg Hallinan, Caltech


褐矮星


一组科学家最近在编号为LSR J1835+3259的褐矮星上发现了极光活动,他们是通过位于新墨西哥州的甚大天线阵(the Very Large Array of radio telescopes)和位于加利福尼亚州的海尔望远镜(the Hale Telescope)观测到的。带电粒子沿着褐矮星的磁场线向它的大气层进发,一路发出无线电辐射,之后带电粒子和大气中的氢原子碰撞,闪耀出红色可见光,如上面这张艺术家绘制的概念图所示。LSR J1835+3259上的极光是天文学家目前观测到最亮极光。值得注意的是,这颗褐矮星并没有围绕任何恒星旋转,也就不会有“太阳风”来轰击它的大气,所以一定有其他什么没有被发现的物体(例如一颗绕着它旋转的行星),来为这颗褐矮星的极光提供能量。

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