首次在天王星上偵測到紅外線極光

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科學家從近20年的數據中終於證實天王星北部地區有紅外線極光的存在，這項發現或許還能解釋為什麼這顆行星距離太陽如此之遠，溫度卻比它應有的溫度高得多。包括天王星在內的所有氣態巨行星的溫度若僅在受到太陽的加熱下，都比模型預測的溫度高出攝氏數百度。為什麼這些行星比預期的溫度高得多？有一種理論認為高能極光是造成此現象的原因，它產生熱量並將熱量向下推向磁赤道。高能粒子通常沿著磁力線向行星加速，並與粒子（通常是行星大氣層中的粒子）發生相互作用，當它們落在行星上時，就會產生極光。儘管它們在不同的星球上看起來會有很大的不同，但這絕非地球獨有的現象，如木星強大而永久的極光在紫外線下閃耀；火星上的極光也是如此；金星上的極光與地球相似；而水星沒有大氣層，因此它的極光表現為來自表面發射X射線螢光的礦物中。



圖說：天王星上紅外線極光出現位置的視覺化。圖片來源：NASA, ESA and M. Showalter/SETI Institute; University of Leicester


自1986年以來，我們就知道天王星上存在紫外線極光，甚至可能還存在X射線成分，科學家認為它也一定有紅外線極光，就像在木星和土星上看到的那樣。儘管他們自1992年以來就一直在尋找，但其證據卻難以捉摸。2006年，研究團隊使用凱克天文臺近紅外光譜儀NIRSPEC（Near InfraRed SPECtrograph）對天王星進行長達6小時的觀測，仔細研究了224幅影像，尋找一種特定粒子——電離三氫陽離子 (H3+) 的跡象，此粒子的發光強度會隨著溫度的變化而改變，這表示它可以用來測量物體的冷熱程度。研究人員在觀測數據中發現H3+的密度明顯增加，但卻沒有改變行星大氣層的溫度，這與天文學家預期紅外線極光的存在引起的電離一致，因此，他們認為此特徵表示在天王星的大氣層中發現紅外線極光。

迄今為止發現的大多數系外行星都屬於亞海王星（sub-Neptune），在物理尺寸上與海王星和天王星相似，這表示可能具有類似的磁場和大氣特徵。透過分析與行星磁場和大氣直接相關的天王星極光，將有助於了解這些世界的大氣和磁場，從而預測它們是否適合生命存在。研究團隊表示此研究結果將繼續擴大我們對冰巨行星極光的了解，並加強我們對太陽系、系外行星甚至對地球磁場的理解。相關研究成果發表於《Nature Astronomy》期刊上。（編譯／趙瑞青）



資料來源 : 臺北市立天文科學教育館
https://tam.gov.taipei/News_Content.aspx?n=EF86D8AF23B9A85B&s=E4EC0BC83794D0F3