揭秘木星“加热危机”：极光为行星提供热量之谜

揭秘木星“加热危机”：极光为行星提供热量之谜

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科学网

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来源

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https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2024/4/521304.shtm

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近期发表在《自然》杂志上的一项新研究揭示了困扰天文学家数十年的木星“加热危机”。英国莱斯特大学、日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）等研究人员合作发现，木星强大的极光是为整个行星提供热量的原因。通过夏威夷凯克天文台的数据，他们绘制出了迄今为止最详细的木星高层大气图谱，并首次证实了这一现象。这项研究不仅解开了木星大气层升温之谜，还为我们理解其他巨行星的热力学过程提供了重要线索。

木星是太阳系中体积最大的行星，其大气层主要由氢和氦组成，还含有少量的甲烷、水蒸气和氨等物质。长期以来，科学家们发现木星高层大气的温度远高于预期值，这一现象被称为“加热危机”。

研究团队通过分析凯克天文台的观测数据，发现木星极光产生的能量可以加热整个行星的大气层。木星的极光是由其强大的磁场与带电粒子相互作用产生的，这些带电粒子主要来自木星的卫星木卫一（Io）释放的等离子体。

当这些带电粒子沿着磁场线进入木星大气层时，它们会与大气中的气体分子发生碰撞，释放出大量能量。这些能量以红外线的形式辐射出来，被凯克天文台的红外光谱仪捕捉到。研究团队通过分析这些红外辐射数据，绘制出了木星高层大气的温度分布图，发现极光确实为整个行星提供了额外的热量。

木星的大气层温度分布非常复杂。在低层大气中，温度随着海拔的升高而降低，这与地球大气层的温度分布类似。然而，在高层大气中，温度却随着海拔的升高而升高，这种现象被称为“逆温层”。

这种异常的温度分布一直困扰着科学家们。此前，有理论认为木星内部的热量通过对流传递到高层大气，但这一解释无法完全解释观测到的温度异常。而最新的研究结果表明，极光产生的能量是加热木星高层大气的主要原因。

这一发现不仅解决了木星“加热危机”的谜题，还为我们理解其他巨行星的热力学过程提供了重要线索。木星作为太阳系中最大的行星，其大气层的复杂性为我们研究行星气候系统提供了理想的实验室。

此外，这一发现还可能对研究系外行星的气候系统产生影响。许多系外行星也存在类似的极光现象，了解木星的加热机制有助于我们更好地理解这些遥远行星的气候特征。

未来，随着更多观测数据的积累和分析，我们有望进一步揭示木星大气层的奥秘，为探索宇宙中的其他行星提供更多的科学依据。