[科普中国]-木星极光强度超预期：形成原理或不同于地球

随着去年6月份开始美国宇航局的朱诺号探测器开始从木星轨道回传大量数据资料，科学家们再次陷入了熟悉的感觉：兴奋，然后是困惑。朱诺项目首席科学家斯科特·博尔顿（ScottBolton）表示：“（朱诺发回的数据）几乎没有一样是我们意料之中的。但我们仍然感到非常兴奋，因为木星竟然与我们的设想如此不同。”朱诺飞船紫外光谱仪首席科学家兰迪·格莱德斯通（RandyGladstone）说：“相关数据告诉我们，我们之前的想法是错误的，但那真的非常有趣。”而朱诺项目的高能粒子探测仪设备首席科学家巴里·穆克（BarryMauk）也表示：“这是一个真正的谜团。能够成为这个团队的一份子，感到非常荣幸。”那么究竟朱诺飞船发回了什么样的数据，让科学家们感到如此的“又爱又恨”呢？简单来说，就是朱诺发回的数据几乎颠覆了之前关于木星的所有认识：从木星的极光颜色到其重力场中的上下震荡再到磁场强度的变化。但尤其引发人们关注的是木星无与伦比强大的极光，这些美丽的光带在木星极地上空舞动着，如梦如幻。而此次科学家们意识到，这些美丽的木星极光不仅是在颠覆之前对于木星极光的各种猜想，甚至它与地球上极光的产生机制可能是完全不同的。首先，让我们先来了解一下在地球上，极光一般是如何产生的。由于地球偶极磁场的存在，来自太空（主要是太阳）的粒子流难以穿过磁感线，而是更多的顺着磁感线运动，在地球南北两极上空冲入地球高层大气并与那里的氧原子以及氮原子发生碰撞并产生闪光现象。穆克是近期在《自然》杂志发表的关于木星极光产生机制论文的第一作者，他指出，这一机制在解释木星极光的时候似乎失去了作用。他和他的研究组在木星极区上空观察到巨量的电势，其强度是地球相应数值的10~30倍。这本身并没有什么奇怪的，因为木星什么都比地球大而强。但问题就在于，数据显示木星极光的强度却并非地球极光强度的10~30倍，而是比地球高出了差不多100倍。这样一来，就找不出任何机制能够解释这样异常的极光强度。穆克表示：“基本上，木星极光的强度比按照地球极光产生的理论预测的结果高出了大约10倍。”这可真是令人头痛的问题。因为这就意味着不管是什么东西将木星极区上空的电子流加速到超过100万电子伏，其背后的机制很有可能是我们目前完全陌生和一无所知的。而随着朱诺飞船的最新数据不断回传，穆克和他的研究组正准备尝试解决这个问题，并且已经取得了一系列的进展。但不管合适能够彻底弄清木星极光背后的奥秘，最初投身这项研究的初衷仍然非常清晰。穆克说：“我们只是在试着去理解物理学规律在宇宙中是如何运作的。”而这其实正是科学的本来意义所在。（编辑：p_vhehwang）